JP5166542B2 - 小型水力発電システム - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は、概して、発電に関し、より具体的には、小型水力発電システムによる水力発電に関する。

流動する加圧水(ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ)から運動エネルギを抽出して、該エネルギを電力を発生するための発電機を回転すべく使用する水力発電は公知である。これに加え、気体、蒸気などの他の加圧流体を用いて発電機を回転させることは公知である。河川またはダムなどの大規模な水源により動作する大規模な水力発電によれば、数百万ガロンの流水を用いて数千メガワットの発電が可能である。故に、流水の運動エネルギから電力への変換は、相当の非効率さを伴うのではあるが、依然として経済的に容認可能なレベルの性能を提供可能である。

然しながら、水力発電機器の規模が小さくなるにつれ発電規模も小さくなる。これに加え、運動エネルギが抽出され得る流水の量も少なくなる。故に、水の流れにおける運動エネルギから電力への変換の効率が重要となる。効率が低すぎると、加圧流水からは少量の運動エネルギしか抽出されない。結果として、水力発電機器のサイズが小さくなるにつれ発電量は減少する。

流動する加圧液体を含み、作動のためには電力を要するという多くの小規模なシステムが在る。一定の例としては、住居用の水処理システム、自動衛生器具(ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｌｕｍｂｉｎｇ ｆｉｘｔｕｒｅ)、流速モニタ、水試験器などが挙げられる。

また、消費のために供与される前に水を濾過して浄化すべく炭素系フィルタユニットおよび紫外線（ＵＶ）光ユニットを含むという幾つかの異なる形式の水処理システムが在る。前記炭素系フィルタユニットは、微粒子および有機汚染物質を濾過して除去すべく不活性物質を用いる。前記紫外線光ユニットから発せられる紫外線は、水の中に存在する有害な微生物を無力化すべく用いられる。

前記水処理システム内に存在し得る前記紫外線光ユニットおよび他の一切の電力消費システムを起動するためには電源が必要となる。習用の水処理システムは、前記紫外線光ユニットなどの該水処理システム内の全ての構成要素を駆動するために必要なエネルギを提供すべく、標準的な電気コンセントまたはバッテリー電源からの電力を使用する。電気コンセントにより電力供給される水処理システムの場合、該システムの携帯性は限られ、かつ、電気コンセントの電力供給が中断すると作動が停止する。

また、バッテリー電源により作動する水処理システムは、該水処理システムの作動もしくは保管により消費されるという有限供給量のエネルギのみを含んでいる。これに加え、前記水処理システムを作動可能に維持するには、交換用バッテリーが容易に利用可能とされねばならない。もし長期のバッテリー電源が所望されるなら更に大型のバッテリーが必要とされるが、これは水処理システムに相当の重量および寸法を加え得る。

既存の一定の水処理システムは、バッテリー電源が電気コンセントの電源により充電され得るという、標準的な電気コンセントまたはバッテリー電源のいずれかを使用可能である。これらの水処理システムは交換用バッテリーを必要としないが、バッテリー電源で作動する前記水処理システムの作動の長さはバッテリーの容量およびサイズにより左右される。電気コンセントによる電源もまた、バッテリーを充電すべく定期的に利用されねばならない。これに加え、これらの水処理システムは前記の２種類の異なる電源で作動する付加的な電気回路および構成要素を必要とする。

化粧室のバルブおよび流しの水栓などの自動衛生器具は、電気作動式バルブおよびセンサを含むことができる。前記センサは、自動衛生器具のユーザの存在を検知し、前記電気作動式バルブを作動させて水の流れで応答する。前記電気作動式バルブおよびセンサは両者ともに、作動するために電力を必要とする。電力は、配電盤からの電気ケーブルを前記自動衛生器具まで設置することで得られる。而して、自動衛生器具が既存の建築物に設置される場合、配電盤および／または電気ケーブルの設置は不経済であり、時間が掛かり、かつ、困難でもあり得る。

以上の理由により、水処理システム、自動衛生器具などのシステムに適合するに十分なほど小寸であり、かつ、斯かるシステムを作動させるに十分な電力を発生すべく十分な効率で作動し得る小型水力発電機器に対する要望が存在する。

本発明は、小型水力発電システムについて説明する。小型水力発電システムは、既定の範囲の圧力および流速内で流れる液体を含む任意の用途において使用され得る。例えば、小型水力発電システムは、電力を水処理システムに供給するために使用され得る。一例示的構成において、小型水力発電システムは、内部室を画成するエンクロージャと、内部室に配置される発電機とを含み得る。発電機は、複数の翼板、永久磁石を含むローター、およびコイルを含むステーターを含み得る。発電機は、永久磁石の磁界によってコイルに電流を誘起するために回転するように構成され得る。

また、小型水力発電システムは、エンクロージャに連結される取入口ノズルも含み得る。取入口ノズルは、第１の方向に流れる液体流動を受容し、翼板に衝当するように液体流動を誘導し、第１の方向に常に実質的に垂直である第２の方向に流すように構成される取入口チャネルを含み得る。発電機は、液体流動によって第２の方向に回転するように構成される。また、小型水力発電システムは、複数の翼板が取入口ノズルと吐出口ノズルとの間に配置されるように、エンクロージャに連結される吐出口ノズルも含み得る。吐出口ノズルは、第２の方向に流れる液体流動を受容し、実質的に第１の方向に再び流れるように液体流動を方向付けるように構成され得る。

別の例示的構成において、小型水力発電システムは、外側ハウジングと、外側ハウジング内に配置される内側ハウジングとを含み得る。内側ハウジングは、外側ハウジングに固定的に連結される取入口ノズルおよび吐出口ノズルを含み得る。また、内側ハウジングは、取入口ノズルと吐出口ノズルとの間に形成される中央チャネルに配置される複数のパドルを有するタービンローターも含み得る。取入口ノズルおよび吐出口ノズルは、タービンローターの一部分を囲繞するように構成されてもよく、取入口ノズル、吐出口ノズル、およびタービンローターの組み合わせは、内側ハウジングと、内側ハウジング内部のキャビティとを形成するように構成され得る。また、小型水力発電システムは、取入口ノズルおよび吐出口ノズルに回転不可能に連結され、かつ内側ハウジングを貫通するセンタリングロッドも含み得る。タービンローターは、センタリングロッドの回りを外側ハウジング内において回転可能であり得る。

本発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、添付図面に関して示されると共に現在において好適である実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮すると明らかになるであろう。前述の説明は、序論としてのみ提供されている。本項における如何なる箇所も、本発明の範囲を定義する以下の請求項を限定するものと解釈されるべきでない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
小型水力発電システムであって、
内部室を画定するエンクロージャと、
該内部室に配置される発電機であって、該発電機は、ハウジング、永久磁石を含む該ハウジング内に配置されるローター、コイルを含む該ハウジング内に配置されるステーター、および該ハウジングの外面に垂直に延在するように配置される複数の翼板を備え、該発電機は、該エンクロージャの中心軸線の回りを同軸的に回転することにより、永久磁石の磁界によってコイルに電流を誘起するように構成される、発電機と、
該エンクロージャに連結され、かつ該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に流れる液体流動を受容するように構成される取入口ノズルであって、該取入口ノズルは取入口チャネルを備え、該取入口チャネルは、該液体流動を所定の圧力および速度まで増加させ、かつ、該所定の圧力および速度の該液体流動を該複数の翼板に方向付けることにより、該発電機を該エンクロージャの該中心軸線の回りを同軸的に回転させるように構成される、取入口ノズルと、
該エンクロージャと連結される吐出口ノズルであって、これにより、該ハウジングが該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に配置され、該吐出口ノズルは、吐出口チャネルを備え、該吐出口チャネルは、該液体流動を受容し、該所定の圧力を所定のより低い圧力まで低減し、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に該エンクロージャから該液体流動を誘導するように構成される、吐出口ノズルと
を備える、システム。
（項目２）
上記取入口チャネルは、取入口スロット入口および取入口スロット出口を含む取入口スロットを備え、該取入口スロット入口の断面積は、該取入口スロット出口の断面積の少なくとも２倍の大きさである、項目１に記載の小型水力発電システム。
（項目３）
上記吐出口チャネルは、吐出口スロット入口および吐出口スロット出口を含む吐出口スロットを備え、該吐出口スロット出口の断面積は、該吐出口スロット入口の断面積の約０．５と約８倍との間の大きさである、項目１に記載の小型水力発電システム。
（項目４）
上記取入口ノズルおよび上記吐出口ノズルは、それらの間に中央チャネルを形成するように配置され、上記複数の翼板は、該中央チャネル内に配置され、該中央チャネルは、上記エンクロージャの上記中心軸線に垂直である上記ハウジングの少なくとも一部分を環状的に囲繞するように形成される、項目１に記載の小型水力発電システム。
（項目５）
上記取入口チャネルは、上記液体流動を方向付けることにより、上記複数の翼板に対して所定の角度で上記中央チャネルに進入するように構成され、上記吐出口チャネルは、該中央チャネルから該液体流動を受容するように構成され、該中央チャネルは、該取入口チャネルと該吐出口チャネルとの間にある上記複数の翼板によって、該中央チャネルにおける所定の距離に該液体流動を誘導するように構成される、項目４に記載の小型水力発電システム。
（項目６）
小型水力発電システムであって、
内部室を画定するエンクロージャと、
該内部室に配置される発電機であって、該発電機は、複数の翼板、永久磁石を含むローター、およびコイルを含むステーターを備え、該発電機は、回転することにより、該永久磁石の磁界によって該コイルに電流を誘起するように構成される、発電機と、
該エンクロージャに連結される取入口ノズルであって、該取入口ノズルは、第１の方向に流れる液体流動を受容し、該液体流動を該複数の翼板に衝当し、かつ、第１の方向に常に実質的に垂直である第２の方向に流れるように誘導するように構成され、該発電機は、該液体流動によって該第２の方向に回転するように構成される、取入口ノズルと、
該エンクロージャと連結される吐出口ノズルであって、これにより、該複数の翼板が該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に配置され、該吐出口ノズルは、該第２の方向に流れる該液体流動を受容し、該液体流動を方向付けて実質的に該第１の方向に再び流れるように誘導するように構成される、吐出口ノズルと
を備える、システム。
（項目７）
上記翼板は、上記取入口ノズルおよび上記吐出口ノズルによって形成される中央チャネル内に配置され、該取入口ノズルは、該複数の翼板に対して所定の角度で該中央チャネルに進入するように上記液体流動を方向付ける取入口スロット出口を備え、上記吐出口チャネルは、該チャネルから該液体流動を受容するように構成される吐出口スロット入口を備え、該取入口スロット出口を退出する該液体流動は、該液体流動が該吐出口スロット入口に進入する前に上記発電機の周囲で所定距離を流れる、項目６に記載の小型水力発電システム。
（項目８）
上記取入口ノズルおよび上記吐出口ノズルは、それらの中に配置される上記複数の翼板によってそれらの間に中央チャネルを形成し、かつ該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に上記液体流動を受容するように構成され、該中央チャネルは、上記第１の方向に垂直な平面において上記エンクロージャの少なくとも一部分を環状的に囲繞するように形成される、項目６に記載の小型水力発電システム。
（項目９）
上記取入口ノズルは、内壁および外壁を備え、各々は所定の曲率半径の円弧によって形成され、該内壁の該円弧の該所定の曲率半径は、該外壁の該円弧の該所定の曲率半径よりも小さい、項目６に記載の小型水力発電システム。
（項目１０）
上記取入口ノズルは、内壁および外壁を備え、該内壁は、第１の所定の曲率半径を有する第１の円弧と、該第１の円弧の該第１の所定の曲率半径とは異なる第２の所定の曲率半径を有する第２の円弧とを備える、項目６に記載の小型水力発電システム。
（項目１１）
小型水力発電システムにおいて液体流動を誘導する方法であって、該方法は、
コイルを含むステーター、永久磁石を含むローター、および複数の翼板を備える発電機を提供することと、
第１の方向に流れる液体流動を受容することと、
該液体流動の速度および圧力を増加させることと、
該複数の翼板に衝突するように該液体流動を方向付けることと、
該複数の翼板との衝突時に、該第１の方向から第２の方向に該液体流動を変更することであって、該第２の方向は、該第１の方向に常に実質的に垂直である、ことと、
該液体流動内において該第２の方向に該発電機を回転させて、該コイルに電流を生成することと、
該第２の方向から該第１の方向に該液体流動を変更して戻すことと、
該液体流動の該速度および圧力を減少させることと
を含む、方法。
（項目１２）
第１の方向に流れる液体流動を受容することは、中心軸線に実質的に平行に流れる該液体流動を受容することを含み、上記発電機は該中心軸線の回りを同軸的に回転する、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
上記液体流動内の上記第２の方向に上記発電機を回転させることは、該発電機が回転させられるのと実質的に同一の速度で該発電機の外面の周囲を流れるように該液体を誘導することを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１４）
上記液体流動の上記圧力を低減させることは、上記第１の方向に実質的に平行である層流を有するように該液体流動を誘導することを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１５）
小型水力発電システムであって、
外面を備えるハウジングと、
該ハウジングの該外面の一部分を形成する取入口ノズルと、
該ハウジングの該外面の一部分をまた形成する吐出口ノズルと、
基部とともに形成される複数のパドルであって、該基部は、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に回転可能に配置され、それにより、該パドルは、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に形成される中央チャネルにおいて該ハウジングの該外面から外側に延在する、パドルと、
該ハウジング内に配置されるステーターとローターとを備える発電機であって、該ローターは該基部に連結され、該ステーターは該ローターに近接して回転不可能に配置される、発電機と
を備える、システム。
（項目１６）
上記取入口ノズルは、第１の方向に流れる液体流動を受容し、かつ所定の角度で上記パドルを衝撃するように該液体流動を上記中央チャネルに誘導するように構成される取入口チャネルを備え、該液体流動は、衝撃後に該第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に上記第２のチャネル内を流れる、項目１５に記載の小型水力発電システム。
（項目１７）
上記取入口ノズルは、上記ハウジングの中心軸線に実質的に平行な方向に流れる液体流動を受容し、該方向から約４５度だけ該液体流動を方向変更し、上記中央チャネルにおける上記パドルを衝撃するように該液体流動を方向付けるように構成される取入口チャネルを備え、該パドルは、該方向に垂直に該中央チャネルにおいて回転可能である、項目１５に記載の小型水力発電システム。
（項目１８）
上記取入口ノズルは、内壁、外壁、およびスロット出口を含む取入口チャネルを備え、該内壁は、第１の所定の曲率半径を有する第１の円弧と、該第１の円弧の該第１の所定の曲率半径とは異なる第２の所定の曲率半径を有する第２の円弧とを備え、該第１の円弧は、該スロット出口からの上記液体流動の第１の部分を方向付けるように構成され、上記第２の円弧は、該スロット出口からの該液体流動の第２の部分を方向付けるように構成される、項目１５に記載の小型水力発電システム。
（項目１９）
小型水力発電システムであって、
外側ハウジングと、
該外側ハウジング内に配置される内側ハウジングであって、該内側ハウジングは、該外側ハウジングと固定的に連結される取入口ノズルおよび吐出口ノズルを備え、
該内側ハウジングは、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に形成される中央チャネル内に配置される複数のパドルを含むタービンローターをさらに備え、該取入口ノズルおよび該吐出口ノズルは、該タービンローターの一部分を囲繞するように構成され、
該取入口ノズル、該吐出口ノズル、および該タービンローターの組み合わせは、該内側ハウジングと、該内側ハウジングの内部にキャビティとを形成するように構成される、内側ハウジングと、
該取入口ノズルおよび該吐出口ノズルに回転不可能に連結され、かつ、該内側ハウジングを通って延在するセンタリングロッドであって、該タービンローターは、該センタリングロッドの回りを該外側ハウジング内において回転可能である、センタリングロッドと
を備える、システム。
（項目２０）
永久磁石およびステーターを含む発電機をさらに備え、該永久磁石は、上記内側ハウジングの内面に連結され、該ステーターは、該永久磁石が該ステーターの回りを回転するように上記センタリングロッドに連結される、項目１９に記載の小型水力発電システム。

図１は、水力発電システムの一実施形態に連結された水処理システムを示す図である。 図２は、図１に示されたノズルの一実施形態の断面図である。 図３は、図１に示されると共に９０度回転され、かつ、水力発電システムの一部が破断された水処理システムおよび水力発電システムを示す図である。 図４は、水力発電システムの別の実施形態の断面図である。 図５は、図４の５−５線に沿うノズルの断面図である。 図６は、図４に示されると共に９０度回転され、かつ、水力発電システムの一部が破断された水力発電システムを示す図である 図７は、水処理システムに連結された水力発電システムの別の実施形態の断面図である。 図８は、図７に示されると共にステーターハウジングの一部が破断された水力発電システムの実施形態の平面図である。 図９は、水力発電システムの別の実施形態の断面図である。 図１０は、図９の水力発電システムの一部の断面図である。 図１１は、水力発電システムの別の実施形態の側面図である。 図１２は、図１１に示されたノズルの端面図である。 図１３は、図１２に示されたノズルの１３−１３線に沿う断面図である。 図１４は、図１２に示されたノズルの１４−１４線に沿う別の断面図である。 図１５は、図１１に示された水力発電システムの外側ハウジングの一部の１５−１５線に沿う断面図である。 図１６は、図１１に示されると共に内側ハウジングが取り外された水力発電システムの側面図である。 図１７は、図１１に示された水力発電システムの外側ハウジングの底部の１７−１７線に沿う断面図である。 図１８は、図１１に示された水力発電システムに含まれる内側ハウジングの分解斜視図である。 図１９は、図１１に示された水力発電システムに含まれるパドルの斜視図である。 図２０は、図１９に示されたパドルの２０−２０線に沿う断面図である。 図２１は、衛生器具を含む水力発電システムの斜視図である。 図２２は、図２１に示された衛生器具の側断面図である。 図２３は、図２２の衛生器具に含まれる電力制御器の一例の概略図である。 図２４は、図２２の衛生器具に含まれる電力制御器の別の例の概略図である。 図２５は、図２１から図２４の衛生器具内の水力発電システムの作動を示すプロセスフローチャートである。 図２６は、水力発電システムの別の実施形態の部分的側断面図である。 図２７は、図２６の水力発電システムの別の側断面図である。 図２８は、水処理システムの斜視図である。 図２９は、図２８に示した水処理システムの分解斜視図である。 図３０は、図２９の水処理システムに含まれているバルブ本体の斜視図である。 図３１は、図２９の水処理システムに含まれているマニフォールドの斜視図である。 図３２は、図３１のマニフォールドの別の斜視図である。 図３３は、図２９の水処理システムに含まれているフィルタモジュールおよびマニフォールドの分解斜視図である。 図３４は、図２９の水処理システムに含まれているマニフォールドおよび反応容器の分解斜視図である。 図３５は、図３４の反応容器に含まれているエルボーの分解斜視図である。 図３６は、ハウジングの一部を除去して示す、図２８の水処理システムの斜視図である。 図３７は、図２９の水処理システムの一部のブロック図である。 図３８は、図２９の水処理システムの作動を示すプロセスフローチャートである。 図３９は、図３８のプロセスフローチャートの第２の部分である。 図４０は、別の例の小型水力発電システムの断面図である。 図４１は、図４０の小型水力発電システムの分解図である。 図４２Ａ〜４２Ｂは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれるタービンローターの図である。 図４３Ａ−４３Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる取入口ノズルの図である。 図４３Ａ−４３Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる取入口ノズルの図である。 図４３Ａ−４３Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる取入口ノズルの図である。 図４３Ａ−４３Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる取入口ノズルの図である。 図４４Ａ−４４Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる吐出口ノズルの図である。 図４４Ａ−４４Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる吐出口ノズルの図である。 図４４Ａ−４４Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる吐出口ノズルの図である。 図４４Ａ−４４Ｄは、図４０および図４１の小型水力発電システムに含まれる吐出口ノズルの図である。

以下、本発明の好適実施形態を特定形態に関して示すが、当業者であれば、各請求項の有効範囲内で該特定形態を種々変更および改変が可能であることを理解し得よう。現在において好適な実施形態は、電源を必要とし、かつ、水流を含む任意のシステムと共に使用可能であるが、各実施形態は、住居用もしくは携帯用の水処理システム、衛生器具などのシステムに対して設計される。当業者であれば、各実施形態は水以外の液体と共に使用可能であり、かつ、「水」および「水力」との語の使用は限定的と解釈されるべきでないことも理解し得よう。

図１は、好適な水力発電システム１２に接続された水処理システム１０の側面図である。この実施形態において水力発電システム１２は、ノズル１４、ハウジング１６、インペラ１８およびハウジング吐出口２０を含む。ノズル１４は、管路２２により水処理システム１０に連結される。管路２２はＰＶＣプラスチックもしくは同様の材料から形成され得ると共に、螺着接続、摩擦嵌合または他の一定の同様の接続機構によりノズル１４に結合可能である。

作動の間に加圧水は、矢印２４により示すように、水処理システム１０からノズル１４を介して水力発電システム１２に流入する。ノズル１４は、水が該ノズル１４を通り流れてハウジング１６を通りハウジング吐出口２０に至るべく付勢される様に、ハウジング１６に結合される。代替実施形態において水力発電システム１２は、水処理システム１０内に配置されるか、または、加圧水が水処理システム１０に進入する前に該加圧水の供給を受容すべく位置決めされ得る。

図２は、ノズル１４の一実施形態の断面を示している。好適なノズル１４は、自身を貫通して流れる加圧水の速度を増大する音波ノズルである。この実施形態においてノズル１４は、水の速度を亜音速まで増大し得る。ノズル１４はステンレス鋼もしくは他の一定の同様の剛性材料で形成されると共に、ノズル取入口２６およびノズル吐出口２８を含む。ノズル取入口２６は、前述されたように水処理システム１０に連結される。ノズル吐出口２８はハウジング１６に対し、摩擦嵌合、弾性嵌合、螺着接続、または、それらの間に水密な接続を形成し得る他の一定の同様の機構により連結される。ノズル１４は、後述するようにインペラ１８に対する該ノズル１４の適切な整列を提供する任意の箇所においてハウジング１６を貫通し得る。

ノズル１４は、自身を貫通する水の流れを提供する通路３０を含む。通路３０は、ノズル取入口２６にては第１所定直径３２であり、かつ、ノズル吐出口２８にては第２所定直径３４である様に形成される。この実施形態において第２所定直径３４は、第１所定直径３２の約２６％である。通路３０は、ノズル１４の所定長さに対して第１所定直径３２のままである。通路３０の残存部分は、第２所定直径３４まで該通路３０を均一にテーパ付けすることで円錐形状とされる。この実施形態においてノズル１４の通路３０は、第１所定直径３２と第２所定直径３４との間で約１８°の角度でテーパ付けされる。

通路３０の形態は、ノズル１４から出射する水の速度を決定する。これに加え、ノズル吐出口２８における水の速度は、水源の圧力とノズル１４の下流の背圧とに依存する。ノズル吐出口２８における前記速度の望ましい所定範囲は、ノズル取入口２６において（図１に示された）水処理システム１０により提供される圧力の期待範囲を用いて決定され得る。たとえば家庭用水道において水の供給圧力は約２０〜６０ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の範囲である。通路３０はまた、ノズル吐出口２８にて連続的で均一な水の流れも提供する。作動の間にノズル１４を流通する水は、所定範囲内の速度および所定軌跡にてハウジング１６に流入する。

図１に戻るとハウジング１６は、プラスチック、または、水に対する堅固な通路を形成し得る他の一定の同様の耐水材料から構成され得る管路を形成する。この実施形態においてハウジング１６は、該ハウジング１６の内部の視認を許容すべく図１に示された透光部分を含む。ハウジング１６は、水がノズル吐出口２８を出射した後で該ハウジング１６を流通するときにその水と流体連通するインペラ１８を包囲すべく形成される。

インペラ１８は、ハブ４４に堅固に取着された複数のブレード４２を含む。各ブレード４２は、ノズル１４から流れる水が所定角度でインペラ１８の該ブレード４２に衝当するようにハウジング１６内で位置決めされる。前記所定角度は、ノズル取入口２６における水の期待圧力、ノズル吐出口２８における背圧、および、インペラ１８の所望の毎分回転数（ＲＰＭ）に基づいて決定される。作動する間、流水はインペラ１８に作用し、ハウジング１６内で該インペラを単一方向に回転させる。以下において詳細に論じられるようにインペラ１８が回転するにつれ、この実施形態の水力発電システム１２は流水におけるエネルギを回転エネルギへと変換し、それは次に電気に変換される。この実施形態においてインペラ１８は、ハウジング１６を流通する水に浸漬される。

図３は、図１に示されると共に９０°回転され、かつ、ハウジング１６が破断された前記実施形態を示している。図示するように、インペラ１８は、長手延在シャフト４８により発電機４６に対して共軸的に取着される。シャフト４８は、ステンレス鋼、または、インペラ１８に固定的に結合される他の一定の同様の剛性材料とすることができる。インペラ１８のハブ４４はシャフト４８の一端に対して共軸的に結合され、かつ、発電機４６の一部である発電機シャフト５０は他端に共軸的に結合される。インペラ１８および発電機４６に対するシャフト４８の堅固な結合は、溶接、圧力嵌めまたは他の同様の堅固接続とすることができる。

回転可能シャフト４８は長手方向に延在することで、ゴムもしくは他の同様の材料で作成された水密シール５２を通りハウジング１６を貫通する。水密シール５２はハウジング１６に結合されると共に、ハウジング１６から水が離脱せずにシャフト４８が自由に回転するのを許容すべく形成される。シャフト４８は、ハウジング１６の近傍に配置された発電機４６まで長手方向に延在する。不図示ではあるが発電機４６の外面は、ナットおよびボルト、リベット、または、ハウジング１６と該発電機４６とを固定的に結合し得る他の同様の機構により、ハウジング１６に結合可能である。

作動する間、水がハウジング１６を通り流れ、かつ、インペラ１８が回転するにつれてシャフト４８、５０は対応して回転し、発電機４６から電気が生成される。代替実施形態においてはハウジング１６に対する貫通の必要性を排除すべく、シャフト４８の代わりに、磁的連結器（図示せず）が用いられる。この実施形態においてインペラ１８は、ハウジング１６の外側で発電機シャフト５０上に配置された同様の磁石に対して堅固に結合するに十分な磁的強度を備えた磁石を含む。作動する間、インペラ１８が回転するとき、該インペラ上で配向された磁石および発電機シャフト５０上で配向された磁石の磁的吸引力により発電機シャフト５０が回転されることで、発電機４６から電気が生成される。

この実施形態において発電機４６は、交流（ＡＣ）を生成し得る永久磁石発電機とすることができる。交流（ＡＣ）は、直流（ＤＣ）を生成すべく整流され得る。代替実施形態において発電機４６は、ＡＣおよびＤＣ電流の両方を生成し得る。電気は発電機４６から、ワイヤ、バス、または、電気を導通し得る他の同様の材料とされ得る複数本の導体５４により伝達される。生成された電気の電圧レベルは、インペラ１８の毎分回転数の関数である。上述したように、ノズル１４から流れる水の速度は所定範囲内に設計されることで、発電機４６により生成される電気の電圧出力を制御し得る。

この実施形態により生成された交流もしくは整流された直流は、水処理システム１０に対して電力供給すべく使用され得ると共に、たとえばバッテリーもしくはコンデンサなどのエネルギ貯蔵装置（図示せず）を充電するためにも使用可能である。インペラ１８の回転または生成されつつある電気の持続時間は、水処理システム１０を流通する水の流速もしくは量などの流量式測定に対するメカニズムも提供可能である。インペラ１８の回転または生成されつつある電気の持続時間は発電機４６の逆起電力（ＥＭＦ）と組み合わされることで、流量式測定を提供可能である。当業者であれば、水力発電システム１２は水処理システム１０の他のシステムでも使用され得ることを理解し得よう。

図４は、水力発電システム１２の別実施形態の断面図を示している。この実施形態は図１に示された実施形態と同様に水処理システム１０に連結されると共に、ノズル１４、ハウジング１６，インペラ１８およびハウジング吐出口２０を含む。既述した実施形態と同様に、ノズル１４はインペラ１８に向けて導向される水を高速にて提供する。但しこの実施形態においてインペラ１８は、作動する間、ハウジング１６内の水に浸漬されない。故にノズル１４からの水は、インペラ１８に向けて導向される噴流を形成する。

ノズル１４は、図２に示されて既述したノズル１４と同様の音波ノズルとすることができる。ノズル１４はハウジング１６を貫通すると共に、取付プレート５６により該ハウジングに結合される。取付プレート５６は、ハウジング１６の外面に対して密接して接触すべく位置決めされる。当業者であれば、ノズル１４をハウジング１６に結合すべく使用され得る他の方法が存在することを理解し得よう。

図５は、この実施形態の取付プレート５６に取付けられたノズル１４の断面図を示している。取付プレート５６は、インペラ１８に関する最適位置へとノズル１４の調節を許容する長手スロット５８および一対の突起部６０を含む。この実施形態においてノズル１４は、最適位置が達成されたときに突起部６０に螺条付きネジを挿入することでハウジング１６に対して固定的に取付けることができる。代替実施形態において取付プレート５６は、たとえば螺条付きネジ、リベットもしくはピンなどの締結具が該取付プレート５６をハウジング１６に対して固定的に取付けたときに、ノズル１４の所定の単一の所望位置を提供する。

図４を再び参照するとノズル１４の所望位置は、該ノズル１４がハウジング１６内へと直立的に延在する如きである。この実施形態のハウジング１６は、図４に示すように、該ハウジング１６の内壁により画成されたハウジングキャビティ６２を含む。ハウジングキャビティ６２は、インペラ１８が内部に配置された空気空間である。作動する間、水はノズル１４から所定軌跡によりハウジングキャビティ６２内へと放出され、所定角度にてインペラ１８に衝当する。前記所定角度は、インペラ１８の所望のＲＰＭと、水処理システム１０からノズル１４に供給される水の圧力の範囲とに基づく。ノズル１４とインペラ１８との協働的作動は加圧水に限定されず、たとえば空気などの他の流体が同様に利用され得る。

図４に更に示すように、インペラ１８は複数のブレード６４を含む。この実施形態のブレード６４の各々は、一端にてはインペラハブ６６に固定的に結合されると共に、逆端に形成されたパドル６８を含む。インペラハブ６６は、既述した実施形態と同様にシャフト４８に固定的に結合される。当業者であれば、ブレード６４の個数およびインペラ１８のサイズは用途に依存して変更され得ることを理解し得よう。

図６は、図５に示されると共に９０°回転され、かつ、図示目的でハウジング１６の一部が破断された前記実施形態の水力発電システム１２を示している。図示するように、水力発電システム１２は、既述した実施形態と同様に、シャフト４８により発電機４６に結合されたハウジング１６を含む。これに加え、回転可能であるシャフト４８は、インペラ１８から水密シール５２を貫通して発電機４６内へと長手方向に延在する。代替実施形態においてシャフト４８は、先に記述されたように磁的連結器により改変されることで、ハウジング１６および水密シール５２の貫通が排除される。図示するように、シャフト４８はハウジングキャビティ６２内の前記空気空間内にインペラ１８を回転可能に位置させることから、パドル６８はシャフト４８の回りを回転する。

図６に示すように、この実施形態のパドル６８の各々は、スロット７０を含む放物線形状に形成される。パドル６８の放物線形状によれば、（図５に示された）ノズル１４から放出された水に存在するエネルギの均一な受容体が提供される。スロット７０によれば、放出された水のエネルギはインペラ１８が回転するにつれて次のパドル６８へと受け渡され得る。放出された水におけるエネルギが次のパドル６８へと遷移的に受け渡さると、水からインペラ１８へのエネルギ伝達の効率が最大化される。代替実施形態においてブレード６４は、ノズル１４から放出された他の流体のエネルギの効率的な伝達を助長する他の形状および構成にて形成することができる。たとえば流体が空気である場合にブレード６４は、翼板、フィン、または、流動する空気からインペラ１８に対してエネルギを伝達し得る他の同様の構造として形成することができる。

作動する間、水の噴流が所定角度にてインペラ１８に衝当した後、矢印７２により示すように、水は重力によりハウジング吐出口２０に向けて落下する。故に、水はハウジング吐出口２０に集まることでハウジング１６から排出される。インペラ１８は水に浸漬されないことから、水流からインペラ１８に対して伝達されるエネルギの大部分はシャフト４８に対して回転力として提供される。

シャフト４８の回転によれば、発電機４６の一部が回転される。発電機４６の一実施形態は、発電機ハウジング８２内に配置されたローター７６、第１ステーター７８および第２ステーター８０を含む。ローター７６は、シャフト４８に固定的に結合され、それと共に回転する。第１および第２ステーター７８、８０は、発電機ハウジング８２に固定的に結合されてシャフト４８を環状的に囲繞する。ローター７６は、第１および第２ステーター７８、８０の間に配置されることで、発電機４６を形成する。

この実施形態のローター７６は、複数の永久磁石８４を含むディスクの形態とすることができる。永久磁石８４はローター７６において所定位置に等間隔で載置されることで、第１および第２ステーター７８、８０と作用的に協働する。この実施形態における第１および第２ステーター７８、８０の各々は、複数のコイル８６を含むディスクを形成しても良い。各コイル８６は第１および第２ステーター７８、８０内で等間隔に配置されることで、永久磁石８４と作用的に協働する。各コイル８６は電気的に接続されることで、電気を生成すべく作用可能な一本以上の巻線を形成することができる。第１および第２ステーター７８、８０の磁極の個数および設計態様は、多数の要因に依存する。斯かる要因としては、永久磁石８４により形成されるガウス場の強度、逆ＥＭＦ、ならびに、発電機４６の所望ＲＰＭおよび所望電力出力が挙げられる。

この実施形態においてローター７６が回転すると同様に回転する永久磁石８４により磁束が生成されることから、第１および第２ステーター７８、８０に電気が生成される。ローター７６および第１および第２ステーター７８、８０は作用的に協働することで、交流（ＡＣ）を生成する。このＡＣは発電機４６により整流かつ安定化されることで、ＡＣおよび直流（ＤＣ）の両方が供給される。代替実施形態において永久磁石８４は、発電機４６が直流（ＤＣ）を生成すべく作動する様に、第１および第２ステーター７８、８０上に配置可能である。別の代替実施形態において発電機４６は、図３に関して論じられた発電機４６と同様である。

作動する間、加圧水は、（図１に示された）水処理システム１０から水力発電システム１２へと供給され得る。先行実施形態と同様に、水力発電システム１２の代替実施形態は、水処理システム１０に対して水を供給するか、または、水処理システム１０内に配置可能である。この実施形態において水は、上述したように水処理システム１０からノズル１４に供給される。

加圧水はノズル１４を流通し、高速でハウジングキャビティ６２内へと放出されることで、所定の入射角にてインペラ１８上のパドル６８に衝当する。水がパドル６８に衝当するとき、吐出された水噴流のエネルギはインペラ１８に伝達されて単一方向への回転を引き起こす。インペラ１８が回転するにつれ、吐出された水噴流の一部はスロット７０を通り流れてインペラ１８上の別のパドル６８に衝当する。各パドル６８に対する水の衝突およびこれに伴うエネルギの伝達に続き、水は重力によりハウジング吐出口２０へと落下してハウジング１６から流出する。故に作動する間、ハウジングキャビティ６２は空気空間を維持し、作動する間、水により完全に充填されることはない。

インペラ１８の回転によりシャフト４８の回転が引き起こされることから、発電機４６のローター７６が回転される。この実施形態においてローター７６は、約２，４００回転／分（ＲＰＭ）で回転する。ローター７６の回転により、水処理システム１０に供給される電気の生成が誘起される。上述したように発電機４６により生成される電圧レベルの範囲は、ノズル１４を流通する水の速度の範囲に基づく。故に前記発電機の電圧範囲は、ノズル１４を流通する水の速度の所定範囲を選択することで選択され得る。

図７は、水処理システム１０に対して好適に連結された水力発電システム１２の別実施形態の断面図を示している。図示するように、水力発電システム１２は、ローターハウジング１０２およびステーターハウジング１０４を含む。ローターハウジング１０２は、プラスチックもしくは他の同様の剛性材料から構成され得る管路を形成し、かつ、取入口１０６および吐出口１０８を含む。作動する間、取入口１０６は矢印１１０により示すように、流水を受容し、かつ、吐出口１０８は流水を水処理システム１０へと導く。代替実施形態において水力発電システム１２は、水処理システム１０内に配置され、または、水処理システム１０から流出する水を受容すべく配置可能である。上述したように、水力発電システム１２を通る水の流れは水処理システム１０により制御され得る。

図７に示すように、ローターハウジング１０２はローター１１２を収容し、かつ、ステーターハウジング１０４はステーター１１４を収容する。この実施形態のローター１１２は、６組のＮ／Ｓ極を有する１２極式の永久磁石ローターとすることができる。以下において詳細に示されるように、この実施形態のステーター１１４は８組のＮ／Ｓ極を以て設計された環状リングとすることができる。ローター１１２およびノズル１４は協働して作用することで、作動の間に電気を生成する。業界公知のように、ステーターは、出力にて必要とされる電圧の大きさに依存する任意数の磁極を含むべく構成され得る静止的巻線を含む。本実施形態において開示された巻線における磁極の個数は、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。

図８は、図７に示された実施形態の平面図を示しており、ステーターハウジング１０４の頂部は、図示する目的で破断されている。ステーター１１４はステーターハウジング１０４内に対して固定的に配置されることで、ローターハウジング１０２を環状的に囲繞する。ステーター１１４は、コア１１６、複数の突出極１１８および複数のコイル１２０を含む。コア１１６は、鉄、鋼鉄もしくは他の同様の材料で構成され得ると共に、突出極１１８を含むべく形成される。この実施形態においては、各々がコイル１２０により囲繞された８個の突出極１１８が在り得る。

突出極１１８は、それらがローターハウジング１０２を環状的に囲繞するようにステーター１１４上に形成される。突出極１１８の各々は、業界公知の磁極片（ｐｏｌｅ ｓｈｏｅ）１２２として形成された端部を含む。磁極片１２２は、ローターハウジング１０２に隣接して配置される。磁極片１２２は、ローター１１２により形成された一定の磁束をコイル１２０を通して導通する。コイル１２０は、ワイヤ、または、電気を導通し得ると共に突出極１１８の回りに巻回され得る他の一定の同様の材料とすることができる。不図示ではあるが、各コイル１２０は電気的に接続されて巻線を形成する。業界公知のように、各コイル１２０に対して使用されるワイヤの巻き数は、電圧および電力の要件、ローター１１２の最小および最大の回転数、許容可能な最大の背圧、必要なインダクタンスおよび磁気ガウスにより決定される。

再び図７を参照すると、ステーター１１４はローターハウジング１０２の中心軸線に直交して横方向に配置される。ステーター１１４はローターハウジング１０２の外側に配置されることから、それはローターハウジング１０２内を流れる水との流体連通から遮断され る。ステーターハウジング１０４はローターハウジング１０２に固定的に結合されることで、ローターハウジング１０２上における所定位置をステーター１１４に提供する。この実施形態においてステーターハウジング１０４は、ローターハウジング１０２の外側表面に対して摩擦嵌合により結合される。当業者であれば、ローターハウジング１０２およびステーターハウジング１０４を結合する他の種々の様式が存在することを理解し得よう。

水力発電システム１２のこの実施形態においてローター１１２は、金属、焼結金属、押出し成形金属、プラスチック射出成形材料もしくはセラミック材料で形成され得る永久磁石１２４を含む。永久磁石１２４は、一定の磁束を形成すると共に、ローターシャフト１２６に結合される。回転可能であるローターシャフト１２６は、永久磁石１２４の各端部から長手方向に延在すると共に、ステンレス鋼、または、他の堅固な耐食性材料により構成することができる。永久磁石１２４は、ローターシャフト１２６と同軸的な中心軸線を以て形成される。永久磁石１２４の外面は、少なくとも一個のローターブレード１２８を含むべく流線形状に形成することができる。この実施形態の永久磁石１２４は、ローターブレード１２８を形成する単一の螺旋隆起部を備えた筒体形状に形成される。代替実施形態においてローターブレード１２８は、タービンブレード、または、流水に委ねられたときにローター１１２の回転を誘起し得る他の同様の装置とすることができる。

図７に示すように、ローター１１２は、ローターハウジング１０２の中心軸線と同軸に該ローターハウジング１０２内に配置される。ローター１１２のローターシャフト１２６の一端は第１カラー１３０に挿入され、かつ、ローターシャフト１２６の他端は第２カラー１３２に挿入される。この実施形態においてローターシャフト１２６の各端部は、直径を大きくすることで、第１カラー１３０および第２カラー１３２への取着を容易にする中実球体を形成する。第１カラー１３０および第２カラー１３２はプラスチックまたは他の同様の材料により形成されると共に、ローターハウジング１０２の中心軸線に直交する横方向ストラットを形成する。第１カラー１３０および第２カラー１３２は各々、ローターシャフト１２６を回転可能にする軸受１３４または他の同様の装置を包含する。更に、第１カラー１３０および第２カラー１３２は、両者間にローター１１２が浮動、支持されるように、所定距離にてローターハウジング１０２に結合されている。

ローター１１２は、ローターハウジング１０２を流通する水が、該ローター１１２の一部を形成するローターブレード１２８に衝当するように、ローターハウジング１０２内に配置される。ローターブレード１２８はパドルとして作用することから、流水はローター１１２に作用する。流水によればローター１１２は、ローターハウジング１０２の中心軸線の回りにおいて単一方向に回転される。ローター１１２は、該ローター１１２の中心軸がステーター１１４のそれと同心的であるように該ステーター１１４内に位置決めされる。ローター１１２はステーター１４４と作用的に協働して前記発電機を形成する。

作動する間、水が流れてローター１１２が回転するにつれ、ローター１１２により生成される一定の磁束も回転してステーター１１４を貫通することから、本来的に電力が生成される。ローター１１２からの前記一定の磁束がステーター１１４からの電気生成を誘起するのを許容するために、ローター１１２とステーター１１４との間には特定距離のエアギャップが維持されねばならない。これらの実施形態において、ローター１１２の永久磁石１２４とステーター１１４の磁極片１２２との間の「エアギャップ」は、流水およびローターハウジング１０２から成る。流体の流れおよびローターハウジング１０２は、前記一定の磁束に影響しない。故に、回転するローター１１２からの回転する一定の磁束は、ステーター１１４のコイル１２０からの電気の生成を誘起する。

水がローターハウジング１０２を通り流れてローター１１２を回転させるにつれ、回転する一定の磁束はステーター１１４の巻線に与えられて電気が生成される。この電気は導体５４を流通することで、この実施形態においては水処理システム１０である装置に電力供給を行う。図７、８に示されたこの実施形態の水力発電システム１２は、水処理システム１０へ電力供給を行うべく使用され得る交流（ＡＣ）を生成する。代替実施形態において水力発電システム１２は、交流（ＡＣ）を整流して直流（ＤＣ）を生成しても良い。別の代替実施形態において水力発電システム１２は、交流（ＡＣ）を整流かつ安定化することにより、ＡＣおよびＤＣ電流の両方を水処理システム１０に供給する。ＤＣ電流は、エネルギ貯蔵装置（図示せず）を充電するためにも使用可能である。ローター１１２の回転または生成される電気の持続時間は、水処理システム１０を流通する水の流速もしくは量などの流量式測定を提供するためにも使用可能である。

図９は、図７、８に関して開示された先行実施形態と概念が類似した水力発電システム１２の更に別の実施形態の断面図を示している。この実施形態は、ハウジング１４２内に配置されたローター１１２、ステーター１１４およびタービンノズル１４０を含む。ハウジング１４２は、取入口１４４および吐出口１４６を含む管路を形成する。矢印１４８により示すように、水または他の流体は取入口１４４に流入し、水はハウジング１４２を通り流れて吐出口１４６によりハウジング１４２から排出される。一実施形態において水力発電システム１２は、（図１に示された）水処理システム１０内に配置され、水処理システム１０に追随し、または、水処理システム１０に水を供給しても良い。

ハウジング１４２は、プラスチック、または、水を導き得る同様の剛性材料で形成することができる。この実施形態のハウジング１４２は第１部１５２および第２部１５４を含むことで、組立ておよび保守が促進される。第１および第２部１５２、１５４は、接着、摩擦嵌合、螺着接続、超音波溶接、または、同様の堅固な接続を提供する他の一定の手段により固定的に結合可能である。ハウジング１４２は、自身を貫通する水の流れに対する通路１５６を形成する。通路１５６内には、タービンノズル１４０が固定的に配置される。

この実施形態のタービンノズル１４０は、略円錐形状とされ得ると共に、プラスチック、または、他の一定の同様の剛性材料で形成することができる。タービンノズル１４０は、１個の先端１５８および複数個のストラット１６０を含むべく形成することができる。先端１５８は、通路１５６内で中央に配置され得ると共に、ハウジング１４２の内壁に対して流水を外方に導向する役割を果たす。各ストラット１６０は、たとえば摩擦嵌合、弾性嵌合、螺着接続、または、他の同様の堅固接続によりハウジング１４２の内壁に固定的に結合される。

各ストラット１６０は、通路１５６内でタービンノズル１４０を固定的に保持し、かつ、水がハウジング１４２を流通するのを許容する複数のチャネル１６２を含む。チャネル１６２のサイズは、流水の速度を制御すべく調節され得る。図２に関して既述したノズル１４におけるのと同様に、所定範囲の速度が決定され得る。前記所定範囲の速度は、取入口１４４において流れる水の期待圧力範囲、並びに、水力発電システム１２の背圧に基づく。これに加えて各ストラット１６０は、流水を導向する翼板として作用すべく所定形態で配向され得る。流水は導向されることで、たとえば、所定様式でローター１１２に作用し、乱流を排除し、圧力低下を調節し、または、作動の効率を高め得る。

図１０は、ハウジング１４２の第１部１５２内におけるノズル１４０およびストラット１６０を示す図９の水力発電システム１２の一部の破断平面図である。各ストラット１６０はノズル１４０の外側部の回りにて、相互から４．４２ミリメートル（０．１７４インチ）などの所定距離１００２に配置可能である。ストラット１６０の各々は、前端部１００４および後端部１００６を含む。隣接して配置された各ストラット１６０の前端部１００４は入口ダクトを形成し得ると共に、隣接して配置された各ストラット１６０の後端部１００６は出口ダクトを形成することができる。矢印１４８により示すように、液体の流れは、まず前端部１００４に到達して前記入口ダクトに進入する。チャネル１６２内において前記液体は、ストラット１６０の後端部１００６に到達する前に速度が増大される。

図示するように、チャネル１６２の幅は後端部１００６に向けて漸進的に狭幅となり得る。故に各チャネル間の断面積は、約１０％〜２０％などの所定量だけ減少される。加圧液体は、次第に狭幅となるチャネル１６２内へと付勢されることから、速度は高まる。各チャネル１６２間の断面積が漸進的に減少することから、流動液体の速度は増大するが背圧は最小化される。これに加え、漸進的に狭幅となるチャネル１６２により、チャネル１６２内における液体の非層流は最小限とされる。

ストラット１６０は、複数の整流器１００８も含むことができる。整流器１００８はチャネル１６２内に含まれることで、非層流を更に最小限とし得る。ストラット１６０と同様に整流器１００８は、第１部１５２の内壁に固定的に結合されてチャネル１６２内へと延在し得る。整流器１００８の例は、本体１０１２に結合されたブレード１０１０を含むことができる。ブレード１０１０は、ストラット１６０の各々の前端部１００４の近傍から後端部１００６に向けて延在するという整流器１００８の実質的に直線状の部とすることができる。本体１０１２は、隣接して配置されたストラット１６０の後端部１００６により形成された前記出口ダクトの所定距離だけ上流に配置された球形状体とすることができる。他の例において整流器１００８は、液体の流れを規定し、かつ、チャネル１６２を通る等流を最大化する他の任意の流体力学的形状とすることができる。

図１０に更に示すように、ノズル１４０は、確立領域１０１８が追随する圧縮領域１０１６へと分割され得る。圧縮領域１０１６内では、液体の流れの方向における急激な遷移が生じ得る。この急激な遷移により、液体の流れにおける乱流が増加され得る。乱流は、第１部１５２内の液体の体積容量が減少するにつれて増加し得る。前記体積は減少するので、液体の圧縮度および速度は増大する。圧縮領域１０１６における体積の減少は事前設定されることで、流動液体の期待圧力範囲に基づく所望流速が達成され得る。圧縮領域１０１６内において流動液体はハウジング１４２の内壁に向けて外方に付勢されることから、乱流および／または非層流が増大され得る。

確立領域１０１８は、流動液体における乱流が鎮まり、かつ、液体が更に層的な流れを有するのを許容するという、液体の均一な体積容量を有する領域を提供する。確立領域１０１８は、流動液体における乱流の予測量に基づく所定長さとすることができる。液体の非層流は、チャネル１６２に進入する前に減少され得る。チャネル１６２内において流動液体の速度は更に増大され、次に液体はローター１１２へと導向される。

再び図９を参照すると、この実施形態のローター１１２は、タービンローター１６４、ローターシャフト１６６および永久磁石１６８を含む。ローター１１２は、通路１５６内を流れる水により該ローター１１２がハウジング１４２の中心軸線１７０の回りで回転するように、通路１５６内に回転可能に配置される。ローター１１２の回転は、流水がタービンローター１６４に作用するときに生ずる。タービンローター１６４は、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、または、前記回転力および流水の力に耐え得る他の同様の剛性材料で形成することができる。タービンローター１６４は、少なくとも一枚のタービンブレード１７２および本体１７４を含む。

タービンブレード１７２は、各ストラット１６０を流通する水からのエネルギを受容すべく配置される。タービンブレード１７２は、複数の翼板、螺旋隆起部、または、流水のエネルギを回転エネルギに変換し得るべく本体１７４上に形成された他の機構とすることができる。この実施形態のタービンブレード１７２は本体１７４と一体的に形成され、かつ、ハウジング１４２の内壁の近傍に配置されるまで延在する。本体１７４は、ローターシャフト１６６の一部を環状的に囲繞するキャビティ１７６を画成すべく形成することができる。

尚、ハウジング１４２の内壁に関してチャネル１６２の深度はタービンブレード１７２の深度よりも浅いことを銘記すべきである。前記差分深度によれば、後述するように流水の循環が行われる。これに加え、ステーター１１４を通る水の流路は実質的に直線状である。前記流路の体積もまたチャネル１６２に続いて更に大きくなることで、流水の所定の圧力低下が提供される。故に流水は、該流水がタービンブレード１７２を流通するときに、運動エネルギの相当の量を回転するタービンブレード１７２に放出する。流水における運動エネルギはそれほどの損失および非効率さ無しでタービンブレード１７２により効率的に抽出される。と言うのは、流水の高速流内にはタービンブレード１７２のみが直接的に存在するからである。

ローターシャフト１６６は回転可能であり、かつ、タービンローター１６４と一体的に形成され得るか、または、それに対して該ローターシャフト１６６が圧力嵌め、螺着接続または同様の連結機構により固定的に結合可能である。ローターシャフト１６６は、ステンレス鋼、または、永久磁石１６８を貫通して長手方向に延在し得る他の同様の剛性材料とすることができる。永久磁石１６８は、押出し成形磁石またはプラスチック射出成形磁石とすることができる。代替的に前記永久磁石は、金属、焼結金属、セラミック材料、または、磁気的特性を備えた他の一定の同様の材料で形成することができる。永久磁石１６８は、摩擦嵌合、型成形または他の同様の機構によりローターシャフト１６６に固定的に結合可能である。ローター１１２は、複数の軸受１７８により所定位置にて回転可能に保持される。

各軸受１７８は、永久磁石１６８の夫々の端部にてローターシャフト１６６の一部を環状的に囲繞する。軸受１７８は、炭素グラファイト、テフロン（登録商標）、ボールベアリング、セラミック、超高分子（ＵＨＭＷ）ポリエチレン、または、ローターシャフト１６６の回転に耐え得る他の同様の軸受とすることができる。この実施形態において軸受１７８は、通路１５６内に存在する水により潤滑される。これに加え、後述するように流水は軸受１７８を冷却すべく作用可能である。軸受１７８はステーター１１４に固定的に結合されて所定位置に保持される。

この実施形態のステーター１１４は、複数の出口案内翼板１８０、フィン１８２、複数のコイル１８４、および、キャップ１８６を含む。図９に示すように、ステーター１１４は、通路１５６内において出口案内翼板１８０により固定的に配置される。出口案内翼板１８０はハウジング１４２の内壁に対し、たとえ接着剤、摩擦嵌合、弾性嵌合または同様の堅固な接続機構により固定的に結合される。出口案内翼板１８０はハウジング１４２の内壁と平行に長手方向に延在すると共に、自身を貫通する水の流れに対するチャネルを提供する。出口案内翼板１８０は、流水を吐出口１４６へと導くことで、乱流、気泡、背圧、および、効率的な作動に影響し得る流水の他の同様の挙動を低減すべく形成される。フィン１８２は、流水を吐出口１４６へと導くように同様に形成される。

不図示ではあるが出口案内翼板１８０は、中心軸線１７０と同心的な螺旋形状コイル（または旋条）を擬態する旋回パターンで形成することができる。各出口案内翼板１８０はフィン１８２の方向において漸進的に巻き戻されることで、最終的には中心軸線１７０と実質的に平行となり得る。この形態において出口案内翼板１８０は、乱流を減少して層流を生成し得る。

作動する間、出口案内翼板１８０により受容された液体は、タービンブレード１７２の回転の故に旋回傾向を有し得る。この液体における旋回傾向は、出口案内翼板１８０の前記旋回パターンに対して実質的に整合し得る。故に液体は、乱流を引き起こし得る急激な方向変化無しで出口案内翼板１８０に進入する。出口案内翼板１８０により導かれ、液体の旋回傾向は、出口案内翼板１８０の漸進的な巻き戻しにより漸進的に最小化することができる。故に液体は、実質的に層流により出口案内翼板１８０を出射することで、効率的な作動を最大化し得る。

コイル１８４はコア（図示せず）上に形成されることで、ローター１１２を環状的に囲繞して巻線を形成する。各コイル１８４は、エアギャップ１８８によりローター１１２から離間される。コイル１８４は、出口案内翼板１８０に固定的に結合される。これに加えてコイル１８４は、軸受１７８およびフィン１８２に固定的に結合可能である。コイル１８４は、出口案内翼板１８０、軸受１７８およびフィン１８２に対し、たとえば接着剤により固定的に結合され得るか、または、それらと一体成形され得る。この実施形態においてコイル１８４は通路１５６内に配置されるが、流水に対する流体連通を回避すべく耐水性である。コイル１８４は、たとえばエポキシにより充填され、ゴムもしくはプラスチックにより射出成形され、超音波シールされ、または、同様の耐水機構により水から別様に遮断されることで、耐水性とすることができる。代替実施形態においては、図７、８に関して既述した実施形態と同様に、コイル１８４はハウジング１４２の外側に配置可能である。

コイル１８４はまた、キャップ１８６によっても耐水性とされる。図９に示すように、キャップ１８６は、タービンローター１６４の近傍であるコイル１８４の端部をシールすべく位置決めされる。キャップ１８６は、螺着接続によりコイル１８４に着脱自在に連結され得るか、または、接着剤もしくは一体成形によりコイル１８４に固定的に結合可能である。キャップ１８６は、軸受１７８を部分的に囲繞すべく、かつ、ステーター１１４の半径に等しい所定距離だけ径方向に延在すべく形成される。キャップ１８６の前記所定距離は、ハウジング１４２の内壁に対し、タービンローター１６４の本体１７４よりも接近して延在する。後述するように、ハウジング１４２の内壁からキャップ１８６および本体１７４までの距離の差により、流水の循環が行われる。

作動する間、取入口１４４を通り通路１５６内に流れる水は、該加圧水がチャネル１６２を流通するにつれて所定の速度増加に遭遇する。流水は各ストラット１６０により導向されることで、ローター１１２に回転を与えるべくタービンブレード１７２上における所定の入射角を達成する。チャネル１６２、タービンブレード１７２およびキャップ１８２の差分的深度の故に、流水はキャビティ１７６内へと循環される。キャビティ１７６を通る流水の循環によれば、隣接して配置された軸受１７８の冷却および潤滑が行われる。

この実施形態においてローター１１２は、約５，０００ＲＰＭから約１０，０００ＲＰＭの範囲、または、約４，０００ＲＰＭから約１２，０００ＲＰＭの範囲などの、約５，０００回転／分（ＲＰＭ）以上で回転する。約５，０００ＲＰＭ以上での回転は、約４１５ｋＰａから約６９０ｋＰａ（約６０〜１００ポンド／平方インチ）の液体圧力範囲における約３．７８リットル／分〜約１１．３５リットル／分（約１〜３ガロン／分）の液体流速に基づき得る。５，０００ＲＰＭ以上の回転はまた、約１０３．４ｋＰａから約４１５ｋＰａ（約１５〜６０ＰＳＩ）の液体圧力範囲における約０．７６リットル／分〜約３．７８リットル／分（約０．２〜約１ガロン／分）の液体流速にも基づき得る。本明細書中で論じられた寸法、ＲＰＭ、圧力および流速は、液体の物理的特性および／または製造許容差に依存して１０％〜２０％まで変更可能である。

このＲＰＭ範囲内で作動するために前記水力発電システムは、流体の流体インピーダンス（または風損）による非効率さを減少すべく最小化することができる。本明細書中で用いられるように、「流体インピーダンス（ｆｌｕｉｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）」との語は、運動エネルギから回転エネルギへの変換の最大化を阻害し得る流体摩擦および／または他の一切の流体効果として定義される。

前記水力発電システムを小型化すると、ローター１１２が回転するときに流体を受ける表面積が最小化される。これに加え、前記水力発電システムの重量が最小化される。たとえば通路１５６の直径は、約６．３５ミリメートルから約５１ミリメートル（約０．２５インチから約２インチ）の範囲とすることができる。これに加え、チャネル１６２の深度は約０．７６ミリメートルから約２．５４ミリメートル（約０．０３インチから約０．１インチ）とされ得ると共に、タービンブレード１７２の深度は約０．８９ミリメートルから約３．８ミリメートル（約０．０３５インチから約０．１５インチ）とすることができる。

前記の小型化および流体インピーダンスの減少により達成され得る更に大きなＲＰＭにより、発電効率は最大化される。たとえば前記発電機は、約５，０００から１０，０００ＲＰＭで回転するときに約０．２７から３０ワットを生成し得る。これに加え、永久磁石１６８のサイズ（および重量）は、水力発電システム１２の電力生成を最適化すべく寸法設定され得る。

ステーター１１４内におけるローター１１２の高ＲＰＭでの回転によれば、水力発電システム１２が作動するときに電気が効率的に生成される。水力発電システム１２は、交流（ＡＣ）を生成し得る。代替実施形態において水力発電システム１２は（ＤＣ）電流を生成し得る。別の代替実施形態において水力発電システム１２は、ＡＣ電流と、該ＡＣ電流の整流および安定化によるＤＣ電流との両方を生成すべく設計され得る。上述したように、磁極の個数およびコイル１８４のサイズおよび形態は、水力発電システム１２の背圧、必要なＲＰＭ、および、目標エネルギ出力に依存する。

次に図３、図６、図７、図８、９を参照すると、これらの図の実施形態に関して論じられた水力発電システム１２の別実施形態は、複数の電圧および電流レベルを供給すべく作用可能である。複数の電圧および電流レベルは、水力発電システム１２の前記コイルを直列形態および並列形態の間で切換えることで供給される。不図示ではあるが、直列形態と並列形態との間で前記コイルを選択的に切換えるために、水力発電システム１２の電圧および電流出力と水処理システム１０の現在の電圧および電流の要求内容とを検知し得るマイクロプロセッサもしくは他の同様の制御ユニットが使用可能である。代替的に、前記コイルを選択的に切換えるべくＲＰＭが使用可能である。前記コイルの選択的な切換えは、直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）を生成する実施形態に適用可能である。

たとえば一定の紫外線（ＵＶ）光源は、初期励起に対する比較的に小さい所定交流と、比較的に高い電圧レベルとを必要とする。初期励起に続いて前記ＵＶ光源は、比較的に大きい交流を必要とするが、比較的に低い電圧レベルで励起され続けることが必要である。たとえば水処理システムにおいて前記ＵＶ光源は低圧の水銀ランプもしくは冷陰極ランプとされ得ると共に、始動電圧および作動状態電圧は安定器（ｂａｌｌａｓｔ）により提供され得る。代替的に、以下に記述されるように水力発電システム１２が安定器の機能を提供し得ると共に、安定器は排除され得る。水銀ランプおよび／または冷陰極ランプは、水からバクテリアおよび他の不純物を除去し得る。

作動する間、水力発電システム１２が電気を生成するとき、前記コイルは前記マイクロプロセッサにより選択的に直列形態に設定され得る。前記直列形態によれば、前記始動電圧により前記ＵＶ光源を最初に励起し得る所定電圧レベルにて所定の交流が生成される。前記ＵＶ光源の初期励起に続いて前記コイルは選択的に並列形態に再構成されることから、前記作動状態電圧により前記ＵＶ光源の励起を維持し得る所定電圧レベルにて所定交流が提供される。上述したように水力発電システム１２のコイルが切換えられると、該水力発電システム１２により電力が供給される任意のシステムにおける任意の電気装置の種々の電圧および電流要件が提供され得る。

別実施形態において、既述した実施形態に関して論じられた水力発電システム１２は、巻線へと形成された異なる群のコイルを表す複数のタップ（ｔａｐ）を備え得る。これらのタップは、異なる本数のコイルを電気的に接続して巻線を形成することで、複数の異なる所定電圧レベルを供給すべく作用可能である。水処理システム１０は、作動する間、マイクロプロセッサもしくは他の一定の同様の装置を用いて前記各タップ間で作用的に切換えを行うべく構成することができる。故に、既述したＵＶ光源の例においては、始動電圧を提供すべく初期励起には１つのタップが使用され得ると共に、作動状態電圧を提供すべく連続作動には別のタップが使用可能である。これに加え、水処理システム１０における種々の電気装置の電力要件に依存して、これらの電気装置を作動させるべく同時進行的に種々のタップが使用可能である。タップ切換えは、前記発電機のＲＰＭを制御するためにも使用可能である。ＲＰＭが所望スレッショルド値より低ければ、たとえば各タップはコイルを間引くことでＲＰＭを増大すべく調節され得る。水力発電システム１２のタップ切換えによれば、該水力発電システム１２により電力供給される任意のシステムに種々の電圧レベルも提供され得る。

既述した実施形態に関して論じられた水力発電システム１２の更に別の実施形態においては、存在する逆起電力（ＥＭＦ）が好適に低減される。業界公知のように永久磁石発電機の逆ＥＭＦは、発電機のコア内における金属積層体により形成される磁束濃縮器（ｆｌｕｘ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）により増大される。前記磁束濃縮器は前記発電機の発電効率を改善すべく作用可能であるが、ローターを回転するためには克服されるべき逆ＥＭＦを供給する。

水処理システム１０に水力発電システム１２が適用される場合、一定のＵＶ光源は始動および作動する間、電力要件が変化する。既述した水力発電システム１２の実施形態を使用すると共に磁束濃縮器を含めないことで、前記ＵＶ光源の作動要件は満足され得る。

作動する間、水処理システム１０の励起に先立ち、水力発電システム１２上の回転負荷（逆ＥＭＦ）は、比較的に低いこともある。前記回転負荷が比較的に低くなり得るのは、この実施形態の水力発電システム１２は磁束濃縮器を含まず、かつ、水処理システム１０は電力を使用しないからである。磁束濃縮器を排除した結果、コギングトルク（ｃｏｇｇｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ）が減少し、発電機の迅速な回転上昇が許容される。故に、水が水力発電システム１２を流通するとき、前記ローターは、比較的に短時間内に所定の比較的に高いＲＰＭへと加速すべく作用し得る。

比較的に高いＲＰＭは、たとえば水処理システム１０におけるＵＶ光源などを初期的に励起し得る所定の交流（ＡＣ）にて所定電圧（始動電圧）を供給する。前記ＵＶ光源の初期励起に続き、水力発電システム１２上の回転負荷が増大されることで前記ローターのＲＰＭが減速される。前記ローターの更に低速なＲＰＭによれば、対応する所定交流（ＡＣ）による所定低電圧（作動状態電圧）が提供されることから、前記ＵＶ光源の連続的励起が許容される。尚、この実施形態の水力発電システム１２により提供される「即時始動（ｉｎｓｔａｎｔ−ｏｎ）」機能によれば水処理システム１０におけるＵＶ光源にエネルギ貯蔵装置が電力供給を行う必要性が排除され得ることを理解すべきである。と言うのは、前記ＵＶ光源は水が流れ始めるのと殆ど同時に励起されるからである。

図１１は、部分的断面図で示された水力発電システム１２の別実施形態である。先行実施形態と同様に、水力発電システム１２は水処理システム１０において使用可能である。これに加えて水力発電システム１２は、流動する加圧液体と共に他の任意の形態のシステムに含まれ得る。水力発電システム１２はまた、ＵＶ光源、フィルタ、電子機器などの水処理システムの特徴も含むことができる。

図示された水力発電システム１２は、側部カバーを除去して示された外側ハウジング１１０２を含む。これに加えて水力発電システム１２は、内側ハウジング１１０４、センタリングロッド１１０６およびノズル１１０８を含む。外側ハウジング１１０２は、プラスチック、金属、炭素繊維または他の剛性材料とされ得ると共に、キャビティ１１１０を含む。該キャビティ１１１０は、外側ハウジング１１０２の内面１１１２に内側ハウジング１１０４を接触させずに該内側ハウジング１１０４を収容すべく寸法設定された空気空間である。外側ハウジング１１０２には、吐出口１１１４も含まれる。該吐出口１１１４は、外側ハウジング１１０２内に存在する液体が重力によりキャビティ１１１０から排出されることで、作動する間、前記空気空間が維持されるのを許容する開孔とすることができる。

内側ハウジング１１０４は略円筒状であると共に、プラスチック、金属、炭素繊維または他の同様の材料で形成することができる。内側ハウジング１１０４は外側ハウジング１１０２内に取付けられことで、外側ハウジング１１０２のキャビティ１１１０内のセンタリングロッド１１０６の少なくとも一部を囲繞する。センタリングロッド１１０６は、外側ハウジング１１０２に固定的に結合されて内側ハウジング１１０４内に延在し得る。センタリングロッド１１０６は、ステンレス鋼などの、長手方向に延在する任意の堅固な材料とすることができる。

内側ハウジング１１０４には、複数のブッシュ１１１６が結合されてセンタリングロッド１１０６を囲繞し得る。ブッシュ１１１６の各々は、プラスチック、金属または他の同様の材料で形成されたスリーブとすることができる。ブッシュ１１１６には、センタリングロッド１１０６を収容する開孔と、内側ハウジング１１０４の外面における開孔内に嵌合すべく形成された外面とが形成することができる。ブッシュ１１１６における前記開孔は十分に大型とされることで、センタリングロッド１１０６の回りにて、該センタリングロッド１１０６に接触しない外側ハウジング１１０２内で該ブッシュ１１１６が回転することが許容され得る。ブッシュ１１１６の前記外面は、内側ハウジング１１０４および該ブッシュ１１１６が一体的に回転するように、内側ハウジング１１０４の外面に固定的に結合可能である。代替的に、ブッシュ１１１６および内側ハウジング１１０４は、センタリングロッド１１０６の回りで独立して回転可能となっている。

内側ハウジング１１０４は、該内側ハウジング１１０４の外面１１２０に固定的に結合されて該外面から外方に延在する複数のパドル１１１８も含むことができる。パドル１１１８は、プラスチック、炭素繊維、金属または他の同様の材料で形成することができる。パドル１１１８は、内側ハウジング１１０４が回転するときに該パドル１１１８の各々が一定の箇所でノズル１１０８の近傍に配置されるように、内側ハウジング１１０４の外面１１２０に対し直交して位置決めされ得る。

図示するように、ノズル１１０８は、内側ハウジング１１０４と吐出口１１１４との間でキャビティ１１１０内に延在すべく取付けることができる。図１から図５に関して既述したノズル１４と同様に、ノズル１１０８は加圧液体の速度を増大する。第１速度にてノズル取入口１１２２に供給された加圧液体は、ノズル１１０８を流通すると共に、前記第１速度よりも相当に大きな第２速度にてノズル吐出口１１２４から吐出される。ノズル１１０８により前記キャビティ内へと吐出された液体は、各パドル１１１８における前記空気空間を通り導向される。

図１２は、ノズル取入口１１２２（図１１）から見たノズル１１０８の端面図である。ノズル１１０８は、ノズル吐出口１１２４（図１１）に向けて直径が減少する軸方向ボアである通路１２０２を含む。通路１２０２内には、リブ１２０４が含まれる。リブ１２０４は、ノズル１１０８の内側面１２０６に結合されると共に、内側面１２０６からノズル１１０８の中心軸線１２０８に向けて延在する。

図１３は、図１２に示されると共にリブ１２０４を含むノズル１１０８の破断底面図である。ノズル１１０８を貫通する通路１２０２は、ノズル取入口１１２２の近傍の第１角度的部１３０２を含み、これに対しては第１直線部分１３０４、テーパ部分１３０６、第２角度的部１３０８、および、ノズル吐出口１１２４を形成する第２直線部分１３１０が追随する。通路１２０２は、ノズル取入口１１２２にて約１０．８ミリメートルなどの所定入口直径とすることができる。第１角度的部１３０２内において通路１２０２の直径は、約２０°などの様に中心軸線１２０８に関して所定角度（θ）にてノズル吐出口１１２４に向けて直径が均一に減少し得る。

第１直線部分１３０４において通路１２０２の直径は、約５．８ミリメートルなどの所定の第１ノズル直径とすることができる。通路１２０２の第１直線部分１３０４の全体に亙り、内側面１２０６は中心軸線１２０８に対して概ね平行とされ得ることから、前記第１ノズル直径に維持される。テーパ部分１３０６において通路１２０２は、曲率半径を有し得る。前記曲率半径は、約８．７ミリメートルなどの所定半径を有する円の一部を形成することができる。第２角度的部１３０８における通路１２０２の直径は、約２０°などの様に、中心軸線１２０８に関して所定角度（θ）にてノズル吐出口１１２４に向けて均一割合で減少し得る。第２直線部分１３１０は、通路１２０２を約１．８５ミリメートルなどの所定の第２ノズル直径に維持することで、ノズル吐出口１１２４を形成することができる。

前記第１および第２ノズル直径は、ノズル１１０８に供給される液体の利用可能な圧力範囲に基づいて決定され得る。一例において、第１直線部分１３０４の直径は比較的に不変のままとされ得ると共に、第２直線部分１３１０の直径はノズル１１０８に導入される液体の圧力に基づいて変更可能である。たとえば第１直線状部分１３０４の直径は約５．８ミリメートルのままとされ得ると共に、第２直線状部分１３１０は約１．９ミリメートル以下に形成することができる。故に、ノズル１１０８の第２直線状部分１３１０（ノズル吐出口１１２４）の直径は、ノズル１１０８の第１直線状部分１３０４の直径の約３３％以下である。

別の例において第２直線状部分１３１０は、ノズル取入口１１２２にて約３４ｋＰａから８５０ｋＰａ（約５から１２５ＰＳＩ）に加圧された液体と共に使用されるために約０．８ミリメートルから約１．９ミリメートル（約０．０３から０．０７５インチ）の範囲に形成することができる。この例においてノズル１１０８は、ノズル１１０８の第１直線部分１３０４の直径の約１４％から約３３％とすることができる。この例に対するノズル１１０８の結果的な流速は、３４ｋＰａにおける約０．４４リットル／分から約８５０ｋＰａにおける約４．１６リットル／分（約０．１１５ガロン／分から約１．１ガロン／分）の範囲とすることができる。

リブ１２０４は、通路１１０２を流通する液体の旋回および他の非層流的な挙動を最小化する任意の構成とすることができる。示されたリブ１２０４は、ノズル取入口１１２２にて開始し、中心軸線１２０８に沿い所定距離だけ延在して、第１角度的部１３０２、第１直線部分１３０４を通りテーパ部分１３０６に至る。均一な幅を有するものとして示されるが、他の例においてリブ１２０４は、ノズル１１０８を通る液体の層流を促進する一個以上のテーパ幅部、球部（ｂｕｌｂ）、湾曲部または他の任意の構成を含むことができる。これに加え、リブ１２０４の長さは、通路１２０２を流通する液体の旋回を最適に排除すべく、図示されたよりも短寸もしくは長寸とすることができる。

図１４は、図１２に示されたリブ１２０４を含むノズル１１０８の破断側面図である。例示的なリブ１２０４は、通路１２０２のノズル取入口１１２２にて内側面１２０６から中心軸線１２０８に向けて外方に所定第１距離だけ延在する。リブ１２０４が内側面１２０６から延在する距離は、該リブ１２０４が中心軸線１２０８に沿いノズル吐出口１１２４に向けて延在するにつれて、ゼロまで漸進的に減少する。図示例においてリブ１２０４は、該リブ１２０４が中心軸線１２０８に沿いノズル吐出口１１２４に向けて延在するにつれて中心軸線１２０８から漸進的に更に離間する様に所定距離に亙り延在すべくテーパ付けされる。これに加え、内側面１２０６と中心軸線１２０８との間の距離はノズル吐出口１１２４に向かい更に小さくなるので、図示するように、リブ１２０４は更にテーパ付けられる。他の例においてリブ１２０４は、ノズル１１０８を通る液体の旋回効果を減少して層流を促進する他の任意の形状を形成することができる。

図１１を再び参照すると、作動する間、ノズル１１０８を流通する液体は層流として維持され得る一方、液体の速度はノズル１１０８内で加速される。前記液体は、高速噴流でノズル１１０８から吐出され得る。実質的な層流の故に、液体噴流は、吐出の後でもノズル吐出口１１２４と概ね同一の直径である良好に画成された流れのままとすることができる。故に、液体噴流れにより生成される液体の霧化は最小化され、かつ、流動液体の運動エネルギは比較的に小さな領域内に集中可能である。

液体噴流は、パドル１１１８に向けて導向され得る。パドル１１１８に対する衝当時に、液体内に存在する運動エネルギは内側ハウジング１１０４の回転エネルギへと効率的に変換することができる。内側ハウジング１１０４が回転する間、パドル１１１８の各々はノズル１１０８から吐出された高速の液体噴流内に進入し、液体噴流内に存在する運動エネルギの実質的に全てを受け取れる。

運動エネルギが前記液体から抽出されたなら、該液体は重力により吐出口１１１４へと落下し得ると共に、外側ハウジング１１０２から導かれ排出される。この排出により、外側ハウジング１１０２は実質的に液体が空のままとされる。ノズル１１０８から吐出される一定の液体の流れの故に一定の液体は存在するが、前記の排出によっても、外側ハウジング１１０２内の液体のレベルは、ノズル１１０８および内側ハウジング１１０４が液体に浸漬されないために十分に低位に維持可能である。故にノズル１１０８および内側ハウジング１１０４は、流体インピーダンスによる損失が最小化され乍ら、外側ハウジング１１０２内の空気空間内で作動する。

液体の幾分かは、パドル１１１８上に一時的に残存し、かつ、内側ハウジング１１０４の回転力により外側ハウジング１１０２の内面１１１２上へと投じられる。これに加え、液体の幾分かはパドル１１１８を衝撃して内面１１１２上へと偏向され得る。

内面１１１２には、キャビティ１１１０内における液体の霧化を最小化すべく案内構造が形成することができる。キャビティ１１１０内の液体の霧化を最小化すると、回転する内側ハウジング１１０４から過剰液体が離間維持されることで、回転する該内側ハウジング１１０４に関する流体インピーダンスによる損失が最小化される。内面１１１２上に含まれた前記案内構造はまた、液体の霧化を効率的に収集して液体を吐出口１１１４へと導くように設計された旋回パターンを以て形成することができる。故に、ノズル１０８のノズル吐出口１１２４が液体に浸漬されない様に、キャビティ１１１０は作動する間、実質的に液体が空のままであり、かつ、空気（または他の一定の気体）により実質的に充填されたままとされる。

図１５は、図１１の外側ハウジング１１０２の断面図における内面１１１２の一例を示している。内面１１１２は、該内面１１１２から内側ハウジング１１０４（図１１）に向かい外方に延在する複数の指部１５０２の形態の案内構造を含む。指部１５０２の各々は、個別の角錐形状部材として形成される。他の例において指部１５０２は、溝、リング、ストラット、軌道、または、外側ハウジング１１０２の内面１１１２における他の任意の形態の凹凸とすることができる。指部１５０２は、所定パターンで配置可能である。該パターンは、液体の霧化を最小化すべく、かつ、吐出口１１１４（図１１）へ最大限液体が導かれるように、回転する内側ハウジング１１０４およびパドル１１１８から放出される液体のモデル化もしくは分析に基づく旋回パターンとすることができる。

指部１５０２は、外側ハウジング１１０２の内面１１１２と接触する液体の液体霧化を最小化し得る。これに加えて指部１５０２は、外側ハウジング１１０２に含まれる中央チャネル１５０４および外側チャネル１５０６に水を導くように構成することができる。中央チャネル１５０４および外側チャネル１５０６は、Ｖ形状溝、または、吐出口１１１４（図１１）に向けて液体を導く他の一定の管路の形態とすることができる。内面１１１２はまた、複数の分岐通路１５０８も含むことができる。該分岐通路１５０８は、中央チャネル１５０４または外側チャネル１５０６へと液体を導く内面１１１２における弧状系路とすることができる。前記各チャネルはまた、液体の霧化を最小化すべく、かつ、吐出口１１１４（図１１）へ液体が最大限導かれるように、回転する内側ハウジング１１０４から放出される液体のモデル化もしくは分析に基づく旋回パターンにても配置可能である。

指部１５０２は、分岐通路１５０８の各々に沿い配置可能である。指部１５０２を衝撃する液体は、該指部１５０２により「捕捉」され得る。前記液体は指部１５０２から分岐通路１５０８へと流れてから、中央チャネル１５０４もしくは外側チャネル１５０６へと流れ得る。

図１６は、図示目的で内側ハウジング１１０４およびセンタリングロッド１１０６が除去された、図１１に示された外側ハウジング１１０２の側面図である。外側ハウジング１１０２の内面１１１２は、該内面１１１２における液体に対する弧状系路を形成する複数の分岐通路１６０２に沿い載置された指部１５０２を含む。指部１５０２により「捕捉」された液体は指部１５０２から分岐通路１６０２へと流れ、外側チャネル１５０６（図１４）および／または吐出口１１１４へと導かれる。

図１７は、図１１に示されると共に吐出口１１１４を含む外側ハウジング１１０２の底部の断面図である。ハウジング１１０２の底部も同様に、液体を吐出口１１１４に向けて導向する弧状通路である複数の分岐通路１７０２を含む。指部１５０２は、分岐通路１７０２の各々に沿い載置され得る。

図１８は、図１１に示されると共にセンタリングロッド１１０６を含む内側ハウジング１１０４の分解斜視図である。内側ハウジング１１０４には、ブッシュ１１１６、パドル１１１８、第１ハブ１８０２、第２ハブ１８０４、ローター１８０６およびステーター１８０８も含まれる。センタリングロッド１１０６は中心軸線１８１２に沿い内側ハウジング１１０４を貫通延在してブッシュ１１１６と協働して作用することで、ステーター１８０８に対する中心合わせ機能を提供可能である。各ブッシュ１１１６は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々の第１端部に形成されたブッシュ用開孔１８１６内に中心軸方向に嵌合すべく形成することができる。

第１と第２のハブ１８０２、１８０４は、プラスチック、炭素繊維または他の任意の剛性材料で形成することができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々は、略円筒状とされ、かつ、開放端部１８１８を有するキャビティを形成することができる。開放端部１８１８は、ブッシュ用開孔１８１６を含む第１端部の反対側の第２端部におけるものとすることができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４は、開放端部１８１８にて相互に連結されることで内側ハウジング１１０４の外面１１２０（図１１）を形成することができる。

第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々は、保持リング１８２０を含む。保持リング１８２０は、開放端部１８１８の縁部の回りにて中心軸線１８１２に平行に外方に延在する複数の突起部１８２２を含む。保持リング１８２０における突起部１８２２の各々の間には、複数のスロット１８２４が形成することができる。各突起部１８２２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４が開放端部１８１８にて連結されたときに相互に密接して接触すべく整列され得る。故に各スロット１８２４もまた、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の間に整列されて開孔を形成することができる。

第１と第２のハブ１８０２、１８０４はまた、内側ハウジング１１０４の外面の回りにて同心的に順次に配設され得る複数の通孔１８２６も含む。各通孔１８２６は、内側ハウジング１１０４の内側の前記キャビティと該内側ハウジング１１０４の外側との間の液体連通を許容する開孔を形成する。故に液体は、通孔１８２６を介して内側ハウジング１１０４に進入または退出し得る。

内側ハウジング１１０４が回転するとき、該内側ハウジング１１０４内の液体は、生成される回転関連の遠心力により通孔１８２６を通り流出する。故に、内側ハウジング１１０４が高ＲＰＭで回転するときに該内側ハウジング１１０４の内側の液体に起因する流体インピーダンスによる損失は、通孔１８２６を通る液体の同時進行的な排出により最小化される。故に、回転する内側ハウジング１１０４は、液体が実質的に空となる様に前記キャビティを維持し得る。前記キャビティは、実質的に無水とされ得ると共に、空気（または他の一定の気体）により充填され得る。前記キャビティは湿潤されることもあるが、該キャビティは、効率的な作動に影響するに足る量の液体は不在のままとすることができる。通孔１８２６はまた、冷却のために内側ハウジング１１０４を通る空気流も提供可能である。

第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々に形成された前記キャビティ内には、該第１と第２のハブ１８０２、１８０４から中心軸線１８１２に向けて外方に延在する複数の保持部１８２８が在る。各保持部１８２８は所定距離だけ離間して配置されることで、各保持部１８２８間に複数のノッチ１８３０を形成することができる。各保持部１８２８は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の一体的部分として形成することができる。代替的に各保持部１８２８は、プラスチック、金属、炭素繊維、または、夫々のキャビティ内で第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々の内面に結合され得る他の任意の剛性材料で別体的に形成することができる。

ローター１８０６は、保持部用リング１８３４および磁石１８３６を含むことができる。保持部用リング１８３４は、鉄または他の同様の鉄系（または非鉄）材料で形成された円筒状スリーブとすることができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４が一体的に結合されたとき、保持部用リング１８３４の一部は第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々のキャビティ内に配置可能である。保持部用リング１８３４は、該保持部用リング１８３４が内側ハウジング１１０４と共に回転するように、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の夫々の内部で保持部１８２８に結合可能である。保持部用リング１８３４は、磁石１８３６と共に作用して発電機効率を改善する磁束濃縮器として構成することができる。

磁石１８３６は、保持部用リング１８３４に結合され、かつ、内側ハウジング１１０４と共に回転もし得る。磁石１８３６は、焼結もしくは接合されたネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）希土類磁石などの永久磁石とすることができる。磁石１８３６は、当該構造に沿い構成された所望数のＮおよびＳ極を備えた連続的な単一構造として形成することができる。代替的に保持部用リング１８３４には、複数の個別の磁石が整列かつ結合可能である。

前記発電機の逆ＥＭＦは、磁石１８３６を保持部１８２８に対して直接的に結合することで好適に減少され得る。故に、保持部用リング１８３４は排除され得る。上述したように、逆ＥＭＦが減少すると更に高速な加速が許容され、ＵＶ光源の「即時始動」機能を提供するなどして、一定の負荷に対して好適となり得る。

ステーター１８０８には、上述したように、一本以上の静止的巻線（図示せず）が巻回された複数の磁極１８４０が形成することができる。磁極１８４０は、取付プレート１８４２に結合された金属積層体とすることができる。取付プレート１８４２は、金属、プラスチックもしくは他の任意の剛性材料とされ得ると共に、センタリングロッド１１０６に結合可能である。ステーター１８０８は、磁石１８３６が各磁極１８４０の近傍にてステーター１８０８の回りにエアギャップを介して配置されるように、第１と第２のハブ１８０２、１８０４により形成された前記キャビティ内に配置可能である。

ステーター１８０８は湿潤もしくは無水にて作動可能である。と言うのは、巻線は、該巻線を形成すべく使用されるワイヤ上のエナメル被覆などの非導電材料によりシールされ得るからである。代替的に前記巻線は、プラスチック、ゴムまたは他の一定の耐水材料により重ね成形（ｏｖｅｒ−ｍｏｌｄ）され得る。耐水性を提供することに加え、斯かる重ね成形はまた、ステーター１８０８の回りで内側ハウジング１１０４が高速で回転するときの流体インピーダンスによる損失に寄与し得るステーター１８０８の縁部もしくは他の特定形状も減少し得る。

ローター１８０６およびステーター１８０８の組み合わせによれば、三相電力を発生する発電機が形成することができる。代替的に前記発電機は、単相発電可能である。前記発電機により生成された電力は、電源ライン１８４４に提供され得る。電源ライン１８４４は、ステーター１８０８の単一もしくは複数の巻線に電気的に接続電可能である。電源ライン１８４４は、中心軸線１８１２に沿いセンタリングロッド１１０６を貫通させて延設された通路を通して経路設定され得る。電力に加え、前記ローターの回転および／または生成された電力を監視することにより、流量式測定を行うことができる。

ステーター１８０８と磁石１８３６との間の前記エアギャップは、センタリングロッド１１０６および周囲のブッシュ１１１６と組み合わされた磁石１８３６の磁界により維持することができる。ステーター１８０８は、センタリングロッド１１０６に結合することができる。故に、内側ハウジング１１０４が回転するが故にローター１８０６が回転すると同時に、回転する磁界はステーター１８０８の単一もしくは複数の巻線における電力の生成を誘起する。

作動する間、内側ハウジング１１０４は、単一の高速液体流により５，０００ＲＰＭ以上などの比較的に高い毎分回転数（ＲＰＭ）で回転することができる。前記比較的に高いＲＰＭは、内側ハウジング１１０４のサイズが比較的に小寸であり、かつ、流体インピーダンスによる損失が最小化されるが故に達成され得る。略円筒状の内側ハウジング１１０４の直径は、約４０ミリメートルから約１０ミリメートルの範囲などの様に約４０ミリメートル未満とすることができる。ノズル１１０８（図１１）のノズル吐出口１１２４（図１１）の直径が約１．９ミリメートルから約０．８ミリメートルの範囲であることから、ノズル吐出口１１２４の直径は内側ハウジング１１０４の直径の約４．７５％から約８％である。

内側ハウジング１１０４の回転速度、故に前記発電機により生成される電力の量は、ノズル１１０８（図１１）により吐出される液体の速度および内側ハウジング１１０４の直径に基づき得る。故に、液体圧力および流速の所定範囲内では、ノズル１１０８（図１１）のノズル吐出口１１２４（図１１）の所定範囲の直径と、内側ハウジング１１０４の所定範囲の直径とに対し、所定範囲の電力が出力され得る。たとえば、ノズル１１０８のノズル吐出口１１２４の直径が約０．８ミリメートルから約１．９ミリメートルの範囲であれば、約０．４４リットル／分から約４．１６リットル／分（約０．１１５ガロン／分から約１．１ガロン／分）で吐出が為され得る。前記流速は、ノズル取入口１１２２（図１１）における約３４ｋＰａから約４１３ｋＰａ（約５ポンド／平方インチから約６０ポンド／平方インチ）の圧力範囲に基づき得る。結果的な内側ハウジング１１０４の回転により、約０．２５ワットから約３０ワットの電力が生成され得る。前記発電機からのこの例示的範囲の電力は、ＵＶランプもしくは電子アセンブリを直接的に駆動し得るか、または、整流されることで、コンデンサ、スーパーコンデンサ（ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、ウルトラコンデンサ（ｕｌｔｒａ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）および／またはバッテリーなどのエネルギ貯蔵装置を充電し得る。

磁石１８３６は、内側ハウジング１１０４の平衡および整列も提供可能である。磁石１８３６の重量は、内側ハウジング１１０４の回転を旋回平衡化（Ｓｐｉｎ Ｂａｌａｎｃｅ）すべく構成することができる。故に内側ハウジング１１０４は、不平衡な回転に伴う振動または他の効果が最小化され乍ら高ＲＰＭで円滑に回転可能となっている。上述したように、磁石１８３６の重量は高ＲＰＭにおける効率的な電力生成によっても最小化することができる。

これに加え、磁石１８３６の磁界は、ステーター１８０８に対するローター１８０６の整列、故に内側ハウジング１１０４の整列を維持し得る。実質的に等しく分布された磁石１８３６の磁界によれば、その中心軸が一致するようにローター１８０６およびステーター１８０８を配置可能である。故に内側ハウジング１１０４もまた、センタリングロッド１１０６に中心軸が一致させることが可能である。ブッシュ１１１６およびセンタリングロッド１１０６は、内側ハウジング１１０４を同軸に配置することを支援し得るが、内側ハウジング１１０４は磁石１８３６の磁界により、センタリングロッド１１０６に中心軸が一致するように浮動、支持され得る。故に、周囲のブッシュ１１１６と非回転のセンタリングロッド１１０６との間における摩擦損失は最小化することができる。これに加え、ステー、ラッチまたは相対位置決めを維持する他の任意の機構を使用せずに水力発電機１２が垂直、水平などに取付けられたとき、前記磁界によればステーター１８０８に対する内側ハウジング１１０４の位置関係が維持可能である。

図１１、１８に図示するように、各パドル１１１８は内側ハウジング１１０４を同心的に囲繞するリングを形成することができる。各パドル１１１８は、内側ハウジング１１０４の外面に結合されるべく個別に製造された部材とすることができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４が一体的に結合されたとき、パドル１１１８の各々はスロット１８２４の内の１つにおいて所定位置に維持されることで前記リングを形成する。代替的に各パドル１１１８は、接着、溶接、摩擦嵌合または他の任意の機構により、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の双方または一方に個別にまたは群として結合可能である。

各パドル１１１８は、個別に製造されてから組立てられてリングとされることで、コストが削減され、かつ、製造性が改善され得る。これに加え、内側ハウジング１１０４の直径、故に各パドル１１１８による前記リングの直径は、個々のパドル１１１８の形状寸法に対するそれほどの変更なしで変更可能である。個々のパドル１１１８の各々、および、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々における保持リング１８２０の構成は協働して作用することで、スロット１８２４内におけるパドル１１１８の位置が維持される。

図１９は、図１８に示されたパドル１１１８の一例の斜視図である。示されたパドル１１１８は概ね凹状とされ得ると共に、基部１９０２、第１パドル部１９０４、第２パドル部１９０６およびスロット１９０８を含む。基部１９０２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４（図１８）の隣接スロット１８２４（図１８）に嵌合すべく形成することができる。基部１９０２は、下側表面１９１２および脚部１９１４を含むことができる。下側表面１９１２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４（図１８）の内面の曲率半径と同様に所定曲率半径にて湾曲され得る。脚部１９１４は略三角形状とされ得ると共に、第１斜面１９１６、第２斜面１９１８および前面１９２０を含む。

次に図１８、１９を参照すると、パドル１１１８が内側ハウジング１１０４内に取付けられるとき、基部１９０２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々において隣接配置されたノッチ１８２４内に配設され得る。各パドル１１１８の脚部１９１４は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４上の突起部１８２２によりノッチ１８２４内に保持可能である。図示する例では、第１と第２の斜面１９１６、１９１８は、夫々、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々の突起部１８２２の内の１つに密接させて接触可能である。これに加えて前面１９２０は、隣接して取付けられたパドル１１１８に密接させて接触可能である。

図２０は図１９のパドル１１１８の平断面図であり、第１と第２のパドル部１９０４、１９０６および脚部１９１４を示している。また、パドル１１１８の後面２００２も示される。パドル１１１８が内側ハウジング１１０４（図１１）上に取付けられたとき、後面２００２は、隣接して取付けられたパドル１１１８の脚部１９１４の前面１９２０（図１９）に密接して接触可能である。故にパドル１１１８の基部１９０２（図１９）は、各パドル１１１８によるリングにおいて隣接して配置された突起部１８２２（図１８）と各パドル１１１８との組み合わせにより、効率的に所定位置に保持される。パドル１１１８の各々の基部１９０２は、内側ハウジング１１０４の外面の近傍における連続的同心リング（ｕｎｂｒｏｋｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｒｉｎｇ）の一部を形成することができる。パドル１１１８は、摩擦嵌合、接着、溶接または他の任意の連結機構もしくは材料により所定位置に保持可能である。

再び図１９を参照すると、第１と第２のパドル部１９０４、１９０６は各々、高速液体流を受け入れ得る別体のカップもしくは凹所を提供可能である。図２０に示すように、第１と第２のパドル部１９０４、１９０６の各々は楕円形とすることで、パドル部１９０４、１９０６に衝当する液体の流れを最適化し得る。スロット１９１８によれば、内側ハウジング１１０４（図１１）が高ＲＰＭで回転するときに液体の流れはパドル１１１８の各々に効率的に衝当可能である。

前述の水力発電システム１２はまた、水処理システムの機能も含むことができる。一例において、前記水力発電システムは、水栓もしくは他の衛生器具に取付けることができる。水栓に取付けられた水力発電システム１２の取入口は、その水栓の水吐出口端に連結可能である。水力発電システム１２は、既述した発電機能に加え、炭素フィルタおよび紫外線（ＵＶ）ランプを含むことができる。これに加えて水力発電システム１２は、処理水が所望されないときに該水力発電システム１２をバイパスする液体分流器を含むことができる。水力発電システム１２はまた、前記ＵＶランプおよびフィルタの寿命を監視するマイクロプロセッサなどの処理装置も含むことができる。水力発電システム１２は、フィルタ寿命の監視における使用に関して上述したように、液体流検出を行うことができる。これに加え、前記ＵＶランプの寿命の終りは、前記マイクロプロセッサにより監視可能である。更に、タップとコイルの双方または一方の切換えは前記マイクロプロセッサにより動的に指示することで、上述したように、前記ＵＶランプの初期励起に対する第１電圧および該ＵＶランプに対する連続的励起が提供され得る。

水力発電システム１２によれば、加圧液体の流れを含むと共に電源を必要とする他の用途も提供され得る。たとえば、作動するために電力源を必要とする作動検出器、電動バルブまたは他の任意の装置を備えた衛生器具が、水力発電システム１２の一部として包含され得る。

図２１は、前記水力発電システムの一部として含まれたスツール（ｓｔｏｏｌ）もしくは朝顔（ｕｒｉｎａｌ）などの、化粧室に対する例示的な衛生器具２１００の斜視図である。衛生器具２１００は、水を受容する水取入口２１０２および水を吐出する水吐出口２１０４を含む。衛生器具２１００はまた、バルブモジュール２０１６、電子機器用ハウジング２１０８および発電モジュール２１１０も含む。他の例においては、制御弁、水取入口および水吐出口を有する水栓、シャワーまたは他の任意の衛生器具が前記水力発電システムに同様に含まれ得る。本明細書中で用いられるように、「衛生器具（ｐｌｕｍｂｉｎｇ ｆｉｘｔｕｒｅ）」との語は、水栓、化粧室の洗流機構、霧化器およびシャワーなどの洗面所関連装置を包含すべく定義される。これに加え、衛生器具としては、スプリンクラー、噴水、および、約１０３４ｋＰａ（約１５０ポンド／平方インチ）未満の圧力で液体の流れを制御、かつ、／又は導く他の任意の装置および機構が挙げられる。

図２２は、図２１に示した衛生器具２１００の一例の破断側面図であり、該衛生器具は取入口２１０２、吐出口２１０４、バルブモジュール２０１６、電子機器用ハウジング２１０８および発電モジュール２１１０を含む。

バルブモジュール２０１６は電動バルブ２２０２を含む。電動バルブ２２０２は、液体流の経路を開閉する電圧および電流により起動され得る任意の電気機械的なバルブ装置とすることができる。付勢されると電動バルブ２２０２は、バルブモジュール２０１６を介して液体流の経路を開成する位置へと移動し得る。前記液体流経路が開成されたとき、取入口２１０２に供給された加圧液体はバルブモジュール２０１６および発電モジュール２１１０を通り吐出口２１０４へと流れ得る。消勢されると、電動バルブ２２０２は前記液体流経路を閉成することで、バルブモジュール２０１６および発電モジュール２１１０を通る液体の流れを停止し得る。

発電モジュール２１１０は、図１１から図２０について既述した実施形態と同様に、外側ハウジング１１０２、内側ハウジング１１０４、センタリングロッド１１０６およびノズル１１０８を含む。故に、これらの特徴の詳細な説明は省略する。他の例において、発電モジュール２１１０には、既述した他の実施形態の任意のものに類似した特徴および／または構成要素を具備することができる。外側ハウジング１１０２はまた、内側ハウジング１１０４に対する衝撃に続き液体を吐出口２１０４に導く水落し２２０４も含む。内側ハウジング１１０２は前記衛生器具から、保守および／または修理のためにユニットとして取り外され得る。取入口２１０２に提供された加圧液体はノズル１１０８により高速へと加速され、かつ、液体の流れとして、内側ハウジング１１０４の外面に配置されたパドル１１１８に向けて供給される。

高速液体流における運動エネルギの大部分は回転エネルギに変換されて内側ハウジング１１０４を高ＲＰＭで回転させる。前記液体は重力により、衛生器具２１００の水吐出口２１０４へと落下する。外側ハウジング１１０２のキャビティ内の液体の霧化もまた、外側ハウジング１１０２の内面１１１２と水落し２２０４との構成により水吐出口２１０４に向けて導かれ得る。内側ハウジング１１０４の高ＲＰＭの回転によれば、内側ハウジング１１０４内に含まれた永久磁石発電機により電力が生成される。電力は、前記発電機により電源ライン１８４４上に生成され得る。電源ライン１８４４は、センタリングロッド１１０６における通路および管路２２０６を通り電子機器用ハウジング２１０８へと経路設定され得る。

電子モジュール２１０８は、衛生器具２１００に対する一切の電気関連回路機構および構成要素を含むことができる。電子機器用ハウジング２１０８は、バルブ制御器２２２６、エネルギ貯蔵装置２２２８、電力制御器２２３０およびセンサ２２３２を含むことができる。バルブ制御器２２２６は電動バルブ２２０２の一部とされ得ると共に、電圧および電流を用いて電動バルブ２２０２を開閉すべく起動し得る任意の装置とすることができる。バルブ制御器２２２６は、電気モータ、回転アクチュエータ、ソレノイド、または、バルブ機構を移動させ得る他の任意の装置を含むことができる。これに加えてバルブ制御器２２２６は、リミットスィッチ、または、電動バルブ２２０２の位置を決定する他の任意の形態の位置検知装置を含むことができる。バルブ制御器２２２６へは、エネルギ貯蔵装置２２２８により電力を供給することができる。

エネルギ貯蔵装置２２２８は、バッテリー、および／または、コンデンサ、および／または、電圧および電流の形態でエネルギを貯蔵し得る他の任意の回路もしくは装置とすることができる。電力制御器２２３０は、バルブ制御器２２２６およびエネルギ貯蔵装置２２３８に連結される。電力制御器２２３０は、エネルギ貯蔵装置２２２８における電圧の大きさを監視すると共に電動バルブ２２０２の動作を制御し得る任意の回路もしくは装置とすることができる。

作動する間、エネルギ貯蔵装置２２２８における電圧の大きさは、電力制御器２２３０により監視される。前記電圧が所定スレッショルド値以下に低下したとき、電動バルブ２２０２は電力制御器２２３０により起動されて開成し得る。電力はエネルギ貯蔵装置２２２８からバルブ制御器２２２６に供給されて、電動バルブ２２０２を起動し得る。電動バルブ２２０２が開成されたとき、加圧液体はバルブモジュール２０１６を通りノズル１１０８へと流れる。高速の加圧液体流はノズル１１０８により内側ハウジング１１０４に向けて導向されて電力を発生する。電力は、エネルギ貯蔵装置２２２８を再充電すべく用いられる。

センサ２２３２もまた電動バルブ２２０２を起動し得る。センサ２２３２は、作動センサ、温度センサ、または、衛生器具２１００の回りの環境における一種類以上のパラメータを検知し得る他の任意の形態の検知装置とすることができる。この実施形態においてセンサ２２３２は、作動を検知し得る作動センサとすることができる。作動に応じてセンサ２２３２は、エネルギ貯蔵装置２２２８からの電力を用いて開成すべく電動バルブ２２０２を起動し得る。エネルギ貯蔵装置２２２８は引き続き、液体の流れから帰着する発電モジュール２１１０における発電機からの電力により再充電可能である。

図２３は、エネルギ貯蔵装置２２２８および電力制御器２２３０の一例の回路図である。図示されたエネルギ貯蔵装置２２２８は、第１エネルギ貯蔵装置２３０２、第２エネルギ貯蔵装置２３０４および第３エネルギ貯蔵装置２３０６を含む。電力制御器２２３０ は、プロセッサ２３０８、第１充電スィッチ２３１０、第２充電スィッチ２３１２、第３充電スィッチ２３１４、直列／並列スィッチ２３１６および負荷制御スィッチ２３１８を含む。他の例においては、更に少ないもしくは更に多い個数のエネルギ貯蔵装置およびスィッチを利用することができる。

第１、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６は、電力を貯蔵し得る任意の装置とすることができる。図示例において、第１エネルギ貯蔵装置２３０２はバッテリーであり、かつ、放電性能を最大化すべく第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６はコンデンサである。前記コンデンサは、スーパーコンデンサおよび／またはウルトラコンデンサなどの一個以上の電解質コンデンサまたは電気化学的コンデンサとすることができる。他の例においては、バッテリー、コンデンサ、または、任意の構成のバッテリーおよびコンデンサが使用可能である。第１と第２のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４の各々は、アース接続部２３２０に電気的に接続される。第３エネルギ貯蔵装置２３０６は、直列／並列スィッチ２３１６によりアース接続部２３２０に電気的に接続電可能である。

プロセッサ２３０８は、入力を監視する命令を実行して出力を提供し得る任意の形態の演算装置とすることができる。プロセッサ２３０８に対する入力としては、発電モジュール２１１０（図２１）の発電機から供給される入力電力ライン２３３０上の入力電力が挙げられる。前記発電機から供給される電力は三相もしくは単相のＡＣ電力とされ、これは一個以上のダイオードにより整流されてプロセッサ２３０８にＤＣ電力を供給可能である。

プロセッサ２３０８に対する他の入力としては、第１エネルギ貯蔵装置２３０２に対する第１充電ライン２３３２上の第１充電示度、および、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の夫々に対する第２と第３の充電ライン２３３４、２３３６上の第２と第３の充電示度が挙げられる。充電ライン２３３２、２３３４、２３３６はプロセッサ２３０８に対し、夫々のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６に貯蔵された充電量を知らせる。これに加え、図示例においては、第１放電ライン２３３８および第２放電ライン２３４０の夫々における第１放電示度および第２放電示度が入力としてプロセッサ２３０８に提供される。前記第１放電示度は、第２エネルギ貯蔵装置２３０４である前記コンデンサの放電量を提供する。第３エネルギ貯蔵装置２３０６である前記コンデンサの放電量は、前記第２放電示度により提供される。

プロセッサ２３０８からの出力としては、第１充電制御スィッチ２３１０、第２充電制御スィッチ２３１２および第３充電制御スィッチ２３１４の作動を制御する制御信号が挙げられる。第１充電制御スィッチ２３１０が付勢されると、第１充電ライン２３４２上で第１充電電圧が第１エネルギ貯蔵装置２３０２に提供され得る。第２充電制御スィッチ２３１２が閉成されたとき、第２エネルギ貯蔵装置２３０４には、第２充電ライン２３４４上の第２充電電圧が提供され得る。第３充電制御スィッチ２３１４は、第３エネルギ貯蔵装置２３０６に第３充電ライン２３４６上で第３充電電圧を提供すべく付勢され得る。

プロセッサ２３０８はまた、負荷制御スィッチ２３１８に指示を与えて負荷用供給ライン２３４８上の電圧を制御すべく出力制御信号も提供可能である。負荷用供給ライン２３４８は、負荷に電力を供給可能である。この例において負荷としては、電動バルブ２２０２（図２２）、および、電子モジュール２１０８（図２１）に含まれる電子機器が挙げられる。他の例においては、他の任意の負荷が負荷用供給ライン２３４８から電力を供給することができる。

負荷用供給ライン２３４８上の電力は、プロセッサ２３０８により、発電モジュール２１１０における発電機から、かつ、／又は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上に貯蔵された電荷から供給され得る。たとえば前記発電機が電力を発生しているとき、プロセッサ２３０８はその電力を負荷用供給ライン２３４８上の負荷に直接的に供給可能である。これに加えてプロセッサ２３０８は、前記発電機により生成された電力によりエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を充電すべく充電電圧を提供可能である。代替的に、たとえば前記発電機が電力を発生していない（または十分な電力を発生していない）とき、プロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上に貯蔵された電荷から負荷用供給ライン２３４８上に電力を提供可能である。

プロセッサ２３０８はまたバルブ制御ライン２３５０上に、電動バルブ２２０２の作動を制御する制御出力も提供可能である。プロセッサ２３０８からのステータースライン２３５２上の出力は、作動ステータースを提供可能である。作動ステータースとしては、エラー表示、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６上の電荷の状態、電動バルブ２２０２（図２２）の位置、または、作動に関連する他の任意の示度もしくはパラメータが挙げられる。ステータースライン２３５２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ディスプレイ、可聴警報器などの任意の形態のユーザインタフェースに連結可能である。

直列／並列スィッチ２３１６は、直列スィッチ２３５６および並列スィッチ２３５８を含む。プロセッサ２３０８は、直列スィッチ２３５６および並列スィッチ２３５８の作動を指示する出力を提供可能である。直列スィッチ２３５６および並列スィッチ２３５８は、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６を並列形態もしくは直列形態に構成することができる。

前記並列形態においては、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６により低い度合の放電電圧が負荷に個別に供給され得る。前記直列形態においては、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の組み合わせ放電により、負荷には高い度合の放電電圧が供給され得る。プロセッサ２３０８、充電制御スィッチ２３１０、２３１２、２３１４、直列／並列スィッチ２３１６および負荷制御スィッチ２３１８は、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）により実現され得る。代替的に、別体の構成要素、または、別体の構成要素群を利用可能である。

メモリ内に記憶された命令をプロセッサ２３０８により実行することにより、第１、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の充放電の制御が可能である。プロセッサ２３０８による制御は、所定スレッショルド電圧と、所定スレッショルド充電レベルと、発電モジュール２１１０における発電機により供給される入力電力とに基づいて行うことができる。第１スレッショルド電圧は、前記発電機および／またはエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上から供給される入力電圧の大きさとすることができる。第２スレッショルド電圧は、負荷用供給ライン２３４８に供給された出力電圧とすることができる。

エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の各々に対する所定スレッショルド充電レベルは、個々のエネルギ貯蔵装置の特性に基づいて決定され得る完全充電状態とすることができる。エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の各々に対する第１、第２と第３の放電レベルスレッショルド値も決定され得る。放電レベルスレッショルド値の各々は、放電限界点（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｌｉｍｉｔ）および放電遮断点（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｔｏｆｆ）を含むことができる。前記放電限界点は、完全充電状態より一定レベルだけ低い充電レベルの減耗を表し得る。前記放電遮断点は、充電減耗の最大所望レベルより低い充電の減耗を表し得る。

これに加えてプロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のステータースを表示するための計時機能を含むことができる。プロセッサ２３０８によれば、前記エネルギ貯蔵装置の内の１個が充電されるときに計時を開始すべく充電タイマが起動され得る。充電されつつある特定のエネルギ貯蔵装置の充電ライン上の充電示度に基づき、前記充電タイマの計時内容は、完全充電に対する百分率、充電速度などを決定すべく使用可能である。充電関連の決定は、ステータースライン２３５２に提供され得る。同様に、プロセッサ２３０８によれば、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の各々の放電サイクルの間における計時を開始すべく放電タイマが有効化され得る。夫々の放電ライン２３３８、２３４０上の放電示度は、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の各々の放電の百分率、放電速度などをステータースライン２３５２上で表すべく、前記放電タイマにより使用可能である。

発電モジュール２１１０における発電機が電力を発生しているとき、プロセッサ２３０８はエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を選択的に充電し得る。たとえば液体の流れが比較的に高い圧力にて比較的に大きいとき、前記発電機は比較的に高いレベルにて豊富な量の発電可能である。これらの条件下でプロセッサ２３０８は、第１充電スィッチ２３１０、第２充電スィッチ２３１２および第３充電スィッチ２３１４により同時にエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の全てを充電させ得る。代替的に、更に少ないもしくは低い電圧の電力が生成されているとき、プロセッサ２３０８は第１、第２と第３の充電スィッチ２３１０、２３１２、２３１４の全てより少ない個数のスィッチを起動し得る。

作動する間、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上に貯蔵された電荷が所定放電限界点より高ければ、負荷制御スィッチ２３１８はプロセッサ２３０８により有効化されて負荷に電力を供給し得る。前記負荷が電力を消費することでエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上が放電限界点未満まで放電されたとき、プロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上の制御信号により電動バルブ２２０２（図２２）を起動して開成させ得る。上述したように、衛生器具２１００（図２１）および発電モジュール２１１０を通る液体の流れによれば、前記発電機による電力の生成が誘起される。

入力電力ライン２３３０上で入力電力を検知すると同時にプロセッサ２３０８は、充電制御スィッチ２３１０、２３１２、２３１４の内の一個以上を起動して夫々のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６を再充電し得る。もしエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が遮断限界点まで放電し続けるなら、負荷制御スィッチ２３１８はプロセッサ２３０８により無効化され得る。前記負荷に対する負荷用供給ライン２３４８上の電力が喪失されると同時に、電動バルブ２２０２（図２２）は開成されたままとされ、かつ、発電モジュール２１１０における発電機は電力を供給し続け得る。代替的に、電力の喪失時に、電動バルブ２２０２は閉成され得ると共に、前記発電機からの入力電力は中断され、かつ、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６からの電力はステータースライン２３５２上でエラーを表すべくプロセッサ２３０８により使用可能である。前記エラーは、点滅する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの表示器により表示可能である。

エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上からの電力が放電される間、プロセッサ２３０８は選択的に直列／並列スィッチ２３１６を切換えて放電時間を最長化し得る。これに加え、負荷用供給ライン２３４８上の電圧は直列／並列スィッチ２３１６を選択的に切換えることで維持可能である。と言うのは、放電は効率を最大化すべく行われるからである。更に、プロセッサ２３０８は直列／並列スィッチ２３１６の選択的な切換えにより、出力電圧の振幅を別の電圧振幅へと変換し得る。たとえば前記発電機からの約６ＶＤＣの入力電圧は、プロセッサ２３０８により３ＶＤＣへと変換することができる。別の例において、前記発電機から供給された１．５ＶＤＣはプロセッサ２３０８により６ＶＤＣへと変換することができる。

図２４は、エネルギ貯蔵装置２２２８および電力制御器２２３０の別の例示的な回路図である。この例において電力制御器２２３０は、プロセッサ２３０８を含む。エネルギ貯蔵装置２２２８は、アース接続２４１０に電気的に接続された第１コンデンサ２４０２、第２コンデンサ２４０４、第３コンデンサ２４０６および第４コンデンサ２４０８から成る複数のエネルギ貯蔵装置を含む。他の例においては、第４コンデンサ２４０８の代わりに、バッテリーなどの他の形態および個数のエネルギ貯蔵装置が使用可能である。

プロセッサ２３０８は、発電モジュール２１１０（図２１）における発電機からの入力電力を入力電力ライン２３３０上で受信し得る。前記入力電力は第１コンデンサ２４０２も充電し得る。プロセッサ２３０８は、前記発電機が電力の生成を停止したときに第１コンデンサ２４０２から入力電力を提供可能である。

プロセッサ２３０８は第４コンデンサ２４０８の充放電を充電制御ライン２４１２により制御し得る。第４コンデンサ２４０８の充電は、入力電力ライン２３３０上に供給された電力により行われ得る。第４コンデンサ２４０８の放電は、負荷用供給ライン２３４８により電力供給が行われつつある負荷に基づき得る。前記負荷としては、電動バルブ２２０２（図２２）、および／または、電子モジュール２１０８（図２１）における他の任意の電子機器が挙げられる。

プロセッサ２３０８は、負荷用供給ライン２３４８上の負荷に対し、調整済み出力電圧を提供可能である。負荷用供給ライン２３４８上に供給される電力は、前記発電機、第１コンデンサ２４０２および／または第４コンデンサ２４０８からとすることができる。第２と第３のコンデンサ２４０４、２４０６は、負荷用供給ライン２３４８上に存在し得る一切の高周波過渡電流のノイズを抑制し得る。

図２３の例と同様にプロセッサ２３０８は、第４コンデンサ２４０８における放電限界レベルより低い電荷の減耗を検知し、バルブ制御ライン２３５０上で制御信号を送信して電動バルブ２２０２（図２２）を開成させ得る。結果的な液体の流れは発電モジュール２１１０（図２１）における発電機を高ＲＰＭで回転させ、入力電力ライン２３３０上に電力が生成され得る。第４コンデンサ２４０８における電荷が放電遮断レベルまで減耗したときに、ステータースライン２３５０上にエラーを発生させて、電動バルブ２２０２（図２２）を消勢して前記負荷に対する電力を中断するようにできる。

図２５は、図２２から図２３の電力制御器２２３０の例示的処理を示すプロセスフローチャートである。前記負荷に対する所望出力電圧、所望充電レベルおよび所望放電レベルスレッショルド値（前記放電限界点および放電遮断点）が確立されてプロセッサ２３０８に記憶されたとき、ブロック２５０２にて処理が開始される。ブロック２５０４にてプロセッサ２３０８は、入力電力ライン２３３０上における供給電圧、および、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の充放電電圧を監視すべく命令を実行し得る。

ブロック２５０６にてプロセッサ２３０８は、供給電圧の大きさが前記負荷に対する所望出力電圧以上であるか否かを決定する。もし供給電圧が所望出力電圧より大きければ、ブロック２５０８にてプロセッサ２３０８は充電制御スィッチ２３１０、２３１２、２３１４の内の一個以上を起動して入力電力ライン２３３０からの電力の供給を有効化することで、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を充電する。ブロック２５１０にてプロセッサ２３０８は、一個以上の充電タイマを起動して充電制御スィッチ２３１０、２３１２、２３１４の充電を監視し得る。これに加え、ブロック２５１２にてプロセッサ２３０８は、負荷用供給ライン２３４８上の負荷に対する入力電力ライン２３３０からの電力の供給を有効化し得る。この処理は次にブロック２５０４に戻り、電圧および電荷の監視が継続される。

ブロック２５０６にて、もし供給電圧が所望出力電圧未満であれば、ブロック２５１８にてプロセッサ２３０８は、入力電力ライン２３３０上の供給電圧が所望出力電圧より所定量（ｘ）だけ低いか否かを決定する。もし供給電圧が少なくとも所定量（ｘ）だけ所望出力電圧より低ければ、ブロック２５２０にてプロセッサ２３０８はエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を有効化し、貯蔵された電荷を貯蔵済み電力ライン２３３２、２３３４、２３３６上で放電する。プロセッサ２３０８は前記負荷に供給を行うべく、貯蔵された電荷を負荷用供給ライン２３４８上の出力電圧および電流として提供可能である。ブロック２５２２にてプロセッサ２３０８は放電タイマを有効化することで、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の各々からの電力の放電を監視し得る。前記処理はブロック２５０４に戻り、電圧および電荷の監視が継続される。

ブロック２５１８にて供給電圧が所望出力電圧以上であれば、ブロック２５２６にてプロセッサ２３０８は、全てのエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が完全に充電されているか否かを決定する。もし全てのエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が完全充電されていれば、ブロック２５２８にてプロセッサ２３０８は電動バルブ２２０２が開成されているか否かを決定する。もし電動バルブ２２０２が開成されていなければ、前記処理はブロック２５０４に戻り電圧が監視される。もし電動バルブ２２０２が開成されていれば、ブロック２５３０にてプロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上に信号を送信して電動バルブ２２０２を閉成する。電動バルブ２２０２が閉成されたとき、発電モジュール２１１０における発電機は電力の生成を停止する。

ブロック２５３２にては放電タイマがリセットされ、処理はブロック２５０４に戻り電圧および電荷が監視される。もしブロック２５２６にてエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の全てが完全には充電されていなければ、ブロック２５３６にてプロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれかが放電遮断点より低く放電されたか否かを決定する。もしエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が放電遮断点より低く放電されていれば、ブロック２５３８にてプロセッサ２３０８は、負荷用供給ライン２３４８上における出力電力の供給を無効化する。これに加え、ブロック２５４０にてプロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上に信号を送信することで電動バルブ２２０２を閉成する。ブロック２５４２にてプロセッサ２３０８はステータースライン２３５２上に、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の充電が実施され得ないという表示を行う。処理は次にブロック２５０４に戻り、電圧および電荷が監視される。

もしブロック２５３６にてエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれもが放電遮断点より低くは放電されていなければ、ブロック２５４６にてプロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれが放電限界点より低く放電されているかを決定する。もしエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４または２３０６のいずれかが放電限界点より低く放電されていれば、ブロック２５４８にてプロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上で制御信号を送信して電動バルブ２２０２を開成させる。電動バルブ２２０２が開成されたとき、発電モジュール２１１０における発電機は入力電力ライン２３３０上に電力を発生する。前記処理はブロック２５０４に戻り、前記発電機からエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６を充電しかつ前記負荷に電力を供給する。もしブロック２５４６にてエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれもが放電限界点より低くは放電されていなければ、前記処理はブロック２５０４に戻り、電圧および電荷を監視する。

図２１と類似する別の例において、前記水力発電システムは水栓システム（ｆａｕｃｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）である衛生器具を含むことができる。前記水栓システムは、バルブモジュール２０１６、電子モジュール２１０８および発電モジュール２１１０を含むことができる。発電モジュール２１１０における発電機は、電子モジュール２１０８における少なくとも一個のエネルギ貯蔵装置を充電し得る。電子モジュール２１０８における電力制御器は、前記エネルギ貯蔵装置が充電されるまで直接充電を許容し得る。これにより前記水栓システムは、液体が該水栓システムを流通する期間を超えて貯蔵電力を使用し得る。これに加え、もし前記水栓システムが延長期間に亙り使用されなければ、単純な手動の一時的押しボタンにより発電モジュール２１１０内の発電機が液体の流れにより回転されて前記エネルギ貯蔵装置が再充電可能である。

更に別の例において、前記水力発電システムはシャワーヘッドである衛生器具を含むことができる。該シャワーヘッドは、ラジオおよび／または他の耐水電子機器を含むことができる。前記ラジオは耐水性とされると共に、ＡＭ、ＦＭ、コンパクトディスクまたは他の任意の娯楽装置とすることができる。前記水力発電システムは、図９、１０に示されたシステムと同様の特徴を含むことができる。前記ステーター内で旋回するタービンから帰着する発電機は、コンデンサ、スーパーコンデンサもしくはウルトラコンデンサを充電する電源とすることができる。これにより前記電子機器には、電源がバッテリーなどの場合には交換のために必要とされる保守サイクルを必要としない電源が提供される。前記シャワーヘッドはまた、シャワーの計時を維持すべくアラーム付きのシャワータイマおよび事前警告表示器も含むことができる。前記アラームは、シャワーの長さを所定時間に維持するために使用可能である。更に前記シャワーヘッドは、該シャワーが作動しているときに照明されるディスプレイを備えたクロックを含むことができる。液体流がない期間中、前記クロックは照明なしでエネルギ貯蔵装置から操作されることで、電力が節約される。

図２６は、外側ハウジング２６０２、内側ハウジング２６０４、センタリングロッド２６０６およびノズル２６０８を含む水力発電システム１２の更に別の実施形態を示している。内側ハウジング２６０４は、外側ハウジング２６０２内に形成されたキャビティ２６１０内に配置され、かつ、該内側ハウジング２６０４の外面２６１３上に配置された複数のパドル２６１２を含む。外側ハウジング２６０２は、吐出口２６１４および内部壁２６１６を含む。図２６に示された水力発電システム１２の特徴は多くの点で、既述した水力発電システムの例と類似している。故に簡潔さのために、以下の説明では既述した例との差異について述べる。

図示例において外側ハウジング２６０２は、内側ハウジング部２６１８、ノズル部２６２０、排出部２６２２および流れ収集部２６２４を含む。内側ハウジング部２６１８は、内側ハウジング２６０４の一部を隣接して囲繞すべく形成される。各パドル２６１２は内側ハウジング部２６１８の内部壁２６１６の近傍に配置され、液体インピーダンスを最小化する。先行例におけるのと同様に、内側ハウジング部２６１８内の内部壁２６１６は吐出口２６１４に向けて液体を導くための案内構造（図示せず）を含むことができる。

ノズル部２６２０は、外側ハウジング２６０２の頂部を形成すると共に、ノズル２６０８を受容すべく構成される。ノズル２６０８は、外側ハウジング２６０２を貫通すべく、かつ、実質的に垂直な液体の流れを内側ハウジング２６０４のパドル２６１２に向けて導向すべく配置される。実質的に垂直な液体の流れはノズル２６０８のノズル吐出口２６２６から、良好に画成された実質的な層流として比較的に高速で吐出され得る。前記液体の流れは、吐出の後でもノズル吐出口２６２６の直径を実質的に維持し得る。故に液体の霧化は最小化され得ると共に、液体の流れにおける運動エネルギは比較的に小さな領域に集中可能である。

図２７は、外側ハウジング２６０２、内側ハウジング２６０４、センタリングロッド２６０６およびノズル２６０８を含む水力発電システム１２の破断側面図である。内側ハウジング２６０４はパドル２６１２を含む。外側ハウジング２６０２は、内側ハウジング部２６１８、ノズル部２６２０、排出部２６２２および流れ収集部２６２４を含む。

パドル２６１２に対する液体流の衝撃に続き、該液体流は排出部２６２２に進入し得る。前記衝撃の故に前記液体は、ノズル吐出口２６２４の直径よりも大きい直径を備えた拡散液体流となり得る。これに加え、前記衝撃ならびに内側ハウジング２６０４の回転により液体の霧化が生成され得る。前記拡散液体流の直径（もしくは霧化パターン）は、液体の流れの速度と前記発電機に対する電気的な負荷量とに依存し得る。前記発電機に対する負荷が殆どないとき、内側ハウジング２６０４は比較的に自由に回転可能となっている。故に、ノズル２６０８から吐出された液体流と共軸的な中心軸線２７０２に関して３０°の拡散角度などの様に、拡散液体流の拡散量は比較的に小さい。逆に、大きな負荷が存在する場合、内側ハウジング２６０４の回転を維持するには相当の力が必要とされ、かつ、拡散液体流の拡散は中心軸線２７０２に関する９０°もの大きな拡散角度に帰着し得る。前記負荷が如何なるものであれ、パドル２６１２に対する液体の衝突により、液体の霧化および拡散液体流が生成され得る。説明を目的として、拡散液体流の拡散角度は約４５°と仮定される。他の例においては、更に大きな又は更に小さな拡散角度が使用可能である。

図２７には、衝撃箇所２７０４および複数の軌跡ベクトル２７０６も示される。衝撃箇所２７０４は、ノズル２６０８から吐出されて良好に画成された実質的に線形の液体流がパドル２６１２に衝突する領域である。軌跡ベクトル２７０６は、パドル２６１２に対する衝撃に続く液体の経路を拡散角度に基づいて示している。軌跡ベクトル２７０６の内で中心軸線２７０２に接近するベクトルに従う液体は、収集部２６２４に直接的に進入して吐出口２６１４へと導かれ得る。

しかし、中心軸線２７０２から更に離間した軌跡２７０６における液体は、排出部２６２２における内面２６１６に衝突する。この液体は吐出口２６１４へと効率的に導かれ、流体インピーダンスが最小化される。これに加え、内面２６１６との衝突から帰着する液体の霧化が最小化される。排出部２６２２において内面２６１６は所定形状に構成されることで、液体は吐出口２６１４へと効率的に導かれて液体の霧化が最小化される。故に、既述した内面２６１６における案内構造は不要である。代わりに、第２セグメント２７１０内の内面は実質的に平坦のままとされて反射板として作用する形状とされ、かつ、外側ハウジング２６０２から液体を効率的に排出して液体インピーダンスを最小化し得る。故にキャビティ２６１０は、約０．４４リットル／分から約４．１６リットル／分の範囲の液体流速により実質的に無水に維持可能である。

図２７に更に示すように、排出部２６２２内の内面２６１６は所定形状に構成することができる。該所定形状は、排出部２６２２内において軌跡ベクトル２７０６の各々と内面２６１６との間に形成される軌跡流角度２７０８に基づき得る。軌跡流角度２７０８は、内面２６１６と、パドル２６１２に対する衝撃から帰着する拡散液体流および液体の霧化により追随される軌跡ベクトル２７０６と、の交点における角度として定義される。内面２６１６の形状は、拡散液体流により追随される軌跡流角度２７０８を約２０°未満に維持すべく設計され得る。軌跡流角度２７０８は、製造許容差および／または液体に伴う物理的特性に基づいて±５°まで変更可能である。

図示例において第２セグメント２７１０の内面２６１６の形状は、略円錐形の弾丸状ノズル（ｒｏｃｋｅｔ ｎｏｚｚｌｅ）として構成される。前記内面の形状は、回転するパドル２６１２との衝撃から帰着する拡散液体流の挙動のモデル化もしくは分析に基づき得る。拡散液体流により追随される軌跡流角度２７０８を内面２６１６に関して約２０°以内に維持することで、液体は更に少ない非層流を以て更に整然とした状態に留まり得る。

前記の更に整然とした状態によれば、キャビティ２６１０からは比較的に更に迅速に排出が行われ得る。故に、液体がノズル２６０８から吐出されるときに外側および内側ハウジング２６０２、２６０４を依然として実質的に無水に維持し乍ら、外側ハウジング２６０２の全体サイズは最小化することができる。これに加え、吐出口２６１４から流出する液体の流れは、前記内面と軌跡ベクトル２７０６との形状の類似性の故に一定の大きさの速度を有し得る。更に、流動液体の更に整然とした状態によれば液体の霧化および乱流は最小化されることから、流体インピーダンスは最小化され、かつ、運動エネルギから回転エネルギへの変換は最大化することができる。

外側ハウジング２６０２の排出部２６２２の形状はまた、既述した水力発電システムの例に関しても実施され得る。たとえば図１１の水力発電システム１２を参照すると、ノズル１１０８が流体流を垂直に吐出するように、外側ハウジング１１０２は９０°回転され得る。これに加え、吐出口１１１４はノズル１１０８の反対側となる外側ハウジング１１０２の壁部へと移動され得ると共に、前記外側ハウジングは約２０°以下の軌跡ベクトルに対する軌跡流角度を達成すべく再構成することができる。図２１の例示的な水力発電システムにおいて、衛生器具２１００の吐出口２１０４の上流の外側ハウジング１１０２は、約２０°以下の軌跡ベクトルに対する軌跡流角度を達成すべく単純に再構成することができる。

図２８は、水栓２８０２である衛生器具の例を示す斜視図である。水栓２８０２は、図示するように流し台の水栓、ネジ付きの庭用水栓（ｓｉｌｌｃｏｃｋ）、シャワーヘッド、その他水のような液体の流れを選択的に提供可能な衛生器具をすることができる。水栓２８０２の尖端には、水処理システム２８０４が取付けられている。他の例では、水処理システム２８０４は、ホースその他の管路を介して衛生器具に連結され、カウンタートップ形態やアンダーカウンター形態とすることができる。更に、他の例では、水処理システム２８０４の構成要素を分離してもよい。例えば、幾つかの構成要素を水栓の端部に取付、カウンタートップ形態やアンダーカウンター形態の一部となる他の構成要素をホースその他のタイプの管路を介して水栓に取付けられている構成要素に連結するようにしてもよい。

図示する実施形態による水処理システム２８０４は、ハウジング２８０８に結合された切換機構２８０６を具備する。切換機構２８０６は、スナップ式の嵌合、摩擦嵌合、ネジ連結、溶接その他の結合機構によって、ハウジング２８０８に結合することができる。或いは、切換機構２８０６は、ハウジング２８０８の一部として形成してもよい。ハウジング２８０８および切換機構２８０６は、プラスチック、炭素繊維、鉄鋼、アルミニウムおよび／または他の適当な材料から形成することができる。

水処理システム２８０４は、水栓２８０２からの液体の流れを受容する入口２８１０と、処理システム２８０４からの液体の流れを放出するための出口２８１２とを具備する。出口２８１２は、第１と第２の出口２８１６、２８１８を含む。第１の出口２８１６からの液体の流れは、第１の流路を流通して水処理システム２８０４によって処理される。第２の出口２８１８からの液体の流れは、第２の流路を流通し、処理されない。切換機構２８０６は、液体の流れを第１の出口２８１６から流出させるか、或いは、第２の出口２８１８から流出させるかを選択するために切換えられるスイッチ２８２４を含んでいる。他の例では、水処理システム２８０４に更に出口を設けて、１または複数のスイッチによって、処理された液体または未処理の液体の流れを選択、提供するようにしてもよい。例えば、水処理システム２８０４は、未処理の水をシンクスプレーヤーと同様のシャワースプレーパターンでスイッチにより選択的に提供可能な出口を設けることができる。

図２９は、図２８の水処理システム２８０４の例の分解斜視図である。水処理システム２８０４は、切換機構２８０６とハウジング２８０８とを含む。切換機構２８０６はハウジング２８０８に結合され、かつ、水栓２８０２に着脱自在に結合され、水処理システム２８０４から処理された水または未処理の水を選択的に流出可能とする。

切換機構２８０６は、スイッチ２８２４、カラー２９０２、第１の上ガスケット２９０４、アダプター２９０６、第２の上ガスケット２９０８、バルブ本体２９１０、レバー２９１２、バネ２９１４、ボール２９１６、バルブシール２９１８、バルブコア２９２０、外側下ガスケット２９２２、内側下ガスケット２９２４を含んでいる。切換機構２８０６を形成する構成要素は、鉄鋼、プラスチックおよび／または他の無孔材料とすることができる。カラー２９０２は、図示するネジ連結、バヨネットマウントその他の結合機構によってバルブ本体２９１０に結合することができる。アダプター２９０６は、カラー２９０２によってバルブ本体２９１０に対して保持される。第１の上ガスケット２９０４および第２の上ガスケット２９０８は、夫々、カラー２９０２とアダプター２９０６の間およびカラー２９０２とバルブ本体２９１０の間に配置される。アダプター２９０６は、水栓２８０２に対して液密に連結するように形成することができる。或いは、アダプター２９０６は、他の如何なる結合方法によっても、水栓２８０２に液密に連結することができよう。水栓２８０２からの液体の流れは、カラー２９０２、第１の上ガスケット２９０４、アダプター２９０６、第２の上ガスケット２９０８を流通してバルブ本体２９１０へ流入する。

液体は、バルブ本体２９１０に形成された空所２９３２内に流入する。レバー２９１２は、第１のポスト２９３４と第２のポスト２９３６とを有し、かつ、空所２９３２に嵌合するように形成されている。第１のポスト２９３４は、バルブ本体２９１０を貫通して、そしてリング２９３８を貫通して延設されている。該リングは、バルブ本体２９１０に形成することができる。第１のポスト２９３４にＯリング２９４０を設けて、空所２９３２からの液体の漏洩を防止する液密のシール部を形成するようにしてもよい。スイッチ２８２４が切換えられたときに、第１のポスト２９３４が回転して、これによって、第２のポスト２９３６が空所２９３２内で回動するように、第１のポスト２９３４はスイッチ２８２４に結合されている。第２のポスト２９３６は、バネ２９１４がボール２９１６を介してバルブシール２９１８を一定圧力を付勢するように、バネ２９１４およびボール２９１６バネ２９１４およびボール２９１６を受容するようになっている。第２のポスト２９３６が回動すると、バルブシール２９１８に含まれている第１の着座部２９４１と第２の着座部２９４２との間でボール２９１６が移動する。第１と第２の着座部２９４１、２９４２の各々は、バルブコア２９２０への独立した流路を形成するオリフィスを含んでいる。バルブコア２９２０はシール２９１８を受容するように形成することができ、かつ、第１のオリフィス２９５０と第２のオリフィス２９５２とを含んでいる。

図３０は、図２９に示したバルブコア２９２０の一例の底面斜視図である。第１と第２のオリフィス２９５０、２９５２は、バルブコア２９２０の上壁２００２を貫通し、かつ、各々リップ部２００４によって周囲を囲繞されている。第１と第２の着座部２９４１、２９４２（図２９）の各々は、第１と第２のオリフィス２９５０、２９５２に受容され、かつ、リップ部２００４の方へ延設されている。バルブコア２９２０は、また、上壁３００２、外壁３００８および内壁３０１０によって画成される外側凹所３００６を含み、外壁および内壁は双方ともに上壁３００２に対して垂直になっている。外壁３００８は斜面３０１２および外側下面３０１４まで延びており、外側下面は上壁３００２に平行となっている。内壁３０１０は上壁３００２に垂直に内側下面３０１６まで延びており、内側下面もまた上壁３００２に平行となっている。内壁３０１０および上壁３００２によって、外側凹所３００６内に内側凹所３０２０が画成される。内側凹所３０２０は、内壁３０１０によって外側凹所３００６から完全に分離されている。

第１と第２のオリフィス２９５０、２９５２の各々は、リップ部２００４から延設されたカバー３０２２によって部分的に閉じられている。第１のオリフィス２９５０を部分的に閉じるカバー３０２２は、リップ部２００４から外側の斜面３０１２まで延在しており、かつ、第１のオリフィス２９５０を流通する流体を内側凹所３０２０のみに導く。他方で、第２のオリフィス２９５２を部分的に閉じるカバー３０２２は、リップ部２００４から内側下面３０１６まで延在しており、かつ、第２のオリフィス２９５２を流通する流体を外側凹所３００６のみに導く。こうして、第１のオリフィス２９５０および内側凹所３０２０は、第１の流路（処理液体）の一部を形成し、第２のオリフィス２９５２および外側凹所３００６は第２の流路（未処理液体）の一部を形成する。第１と第２の凹所３００６、３０２０は、内壁３０１０によって分離、独立した流路を提供する。

図２９を参照すると、バルブ本体２９１０の空所２９３２はレバー２９１２、バネ２９１４、ボール２９１６、シール２９１８、バルブコア２９２０を受容するように形成されている。バルブコア２９２０は、また、空所２９３２からの液体の漏れを防止するためにバルブシール２９５４を含んでいる。バルブ本体２９１０は、ハウジング２８０８がバルブ本体２９１０等を空所２９３２内に保持するように、ネジ連結によってハウジング２８０８に結合することができる。他の例では、バルブ本体２９１０およびハウジング２８０８は他の機構によって結合することもできる。

図２９、３０を参照すると、外側下ガスケット２９２２および内側下ガスケット２９２４は、切換機構２８０６とハウジング２８０８との間のシール部を形成する。外側下ガスケット２９２２は外側下面３０１４に隣接させて配置され、内側下ガスケット２９２４は内側下面３０１６に隣接させて配置することができる。こうして、内側下ガスケット２９２４は、第１と第２の流路を流通する液体の分離を維持し、外側下ガスケット２９２２は、液体が第２の流路から漏洩することを防止する。第１と第２の流路を流通する液体はハウジング２８０８に流入する。

ハウジング２８０８は、プラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼または他の無孔材料から形成することができる。図２９に示すように、ハウジング２８０８は、フィルタモジュール２９６０である第１の構成要素、動力発生モジュール２９６２である第２の構成要素、紫外線（ＵＶ）照射モジュール２９６４である第３の構成要素、および、電子モジュール２９６６である第４の構成要素から成る複数のモジュールを含んでいる。フィルタモジュール２９６０および紫外線照射モジュール２９６４は近接させて配置されており、ハウジング２８０８の略円筒状部分を形成する。動力発生モジュール２９６２は、ハウジング２８０８の前記円筒状部分に取付けられた、ハウジング２８０８の概ね螺旋状部分を形成する。他の例では、水処理システム２８０４は異なる形態および／または形状とすることができ、水処理システム２８０４の機能に対応して一層少ないまたは多いモジュールをハウジング２８０８内に収納することができる。

ハウジング２８０８は、また、該ハウジング２８０８の中心部分２９７０に挿入されるマニフォールド２９６８を含んでいる。マニフォールド２９６８もまたプラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼または他の無孔材料から形成することができる。図示する例では、マニフォールド２９６８は、動力発生モジュール２９６２の近くでフィルタモジュール２９６０と紫外線照射モジュール２９６４との間のハウジング２８０８の略円筒部分に配置されている。マニフォールド２９６８はフィルタモジュール２９６０の近傍に配置されたマニフォールドカバー２９７２を含んでいる。マニフォールド２９６８は流路の一部を形成し、かつ、バルブコア２９２０の内側凹所３０２０（図３０）から流出する液体を受け入れる。マニフォールド２９６８は、フィルタモジュール２９６０、紫外線（ＵＶ）照射モジュール２９６４および動力発生モジュール２９６２間に液体の流れを導く。

マニフォールド２９６８を一体構造とすることにより、多数のホース、継手、結合部分を有利に省略することができ、かつ、モジュール間で液体を液密に流通させることが可能となる。更に、製造効率、保守の容易性および信頼性が改善される。

図３１は、図２９に示されたマニフォールド２９６８の一例の斜視図である。マニフォールド２９６８は、液体の流れに対応した第１の通路３１０２と第２の通路３１０４とを含む。第１と第２の通路３１０２、３１０４の各々は、第１の流路（処理液体の流路）の一部を形成する。第１の通路３１０２は第１通路入口３１１４を有し、第２の通路３１０４は第２通路出口３１１８を有する。

図３２は、図３１に例示したマニフォールド２９６８を反対側から見た斜視図であり、第１の通路３１０２、第２の通路３１０４、第１通路入口３１１４および第２通路出口３１１８を示す図である。ほぼ円筒状の第１の通路３１０２は、ほぼ円筒状の第２の通路３１０４を囲繞するように同軸に位置せしめられる。第１の通路３１０２は、マニフォールド内壁３２０２およびマニフォールド分割壁３２０４によって形成される。分割壁３２０４は、また、第２の通路３１０４を画成し、かつ、第１と第２の通路３１０２、３１０４の分離を維持する。分割壁３２０４は、マニフォールドカバー２９７２（図２９）の一部を受容する凹部３２０６を含む。マニフォールド内壁３２０２は、マニフォールドカバー２９７２（図２９）を例えば超音波溶接によってマニフォールド２９６８に結合するための畝部３２０８を含む。他の例では、マニフォールドカバー２９７２は、ネジ連結、スナップ式の嵌合、接着その他の結合機構によってマニフォールド２９６８に結合することができる。

図３１を再び参照すると、マニフォールド２９６８は、また、ノズル保持部３１０６およびランプ着座部３１２４を含む。ノズル保持部３１０６は、ノズル１１０８（図２９）と係合して、該ノズルをマニフォールド２９６８に接触させてしっかりと結合する。ノズル１１０８は、また、第１流路の一部を形成する。ランプ着座部３１２４は、マニフォールド２９６８から紫外線照射モジュール２９６４へ向けて堅固に突き出た複数の指部３１２６を含む。指部３１２６は、紫外線照射モジュール２９６４（図２９）の紫外線光源（図示せず）を保持し、これを支持するように形成されている。

また、マニフォールド２９６８には、第１のガスケット３１３２および第２のガスケット３１３４を受承するように形成された、第１の溝３１２８および第２の溝３１３０を有している。図示するマニフォールド２９６８は概ね円筒形状を有し、かつ、ハウジング２８０８の略円筒部分を液密にシールするようになっている。マニフォールド２９６８がハウジング２８０８の中心部分２９７０に挿入され、バルブコア２９２０（図２９）から液体を受け入れるように配置されると、第１と第２のガスケット３１３２、３１３４と、ハウジング２８０８の内壁との間が液密にシールされる。バルブコア２９２０の内側凹所３０２０（図３０）からハウジング２８０８に流入した液体は、第１通路入口３１１４を通って第１の通路３１０２へ導かれる。第１の通路３１０２は液体の流れをフィルタモジュール２９６０へ導く。

図２９に示すように、フィルタモジュール２９６０はフィルタ窩２９７４内に配設されたフィルタ２９７２を含んでいる。フィルタ２９７２は、フィルタ２９７２を通過する液体から粒子などを除去する多孔質材料から形成することができる。更に、フィルタ２９７２は、液体の流れから臭気、塩素、有機化合物などを除去するために活性炭などのような材料を含んでいてもよい。フィルタ２９７２の全体および／またはフィルタ２９７２の部分は交換可能とすることができる。フィルタモジュール２９６０は、第１の流路の一部を形成し、第１の流路に沿ってハウジング２８０８を流れる液体によって充満される。図示する例示的形態では、第１の流路を流通する液体は、フィルタ入口を通過し、フィルタ２９７２を包囲するフィルタ窩２９７４へ流出する。液体は、フィルタ２９７２を通過し、フィルタ窩２９７４からフィルタ出口２９７８を通ってマニフォールド２９６８へ流出する。

図３３は、フィルタモジュール２９６０、マニフォールド２９６８およびマニフォールドカバー２９７２の分解斜視図である。マニフォールドカバー２９７２は、プラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼、その他第１と第２の通路３１０２、３１０４を覆うように形成可能な材料から形成することができる。マニフォールドカバー２９７２は、リップ部３３０６が形成された第１と第２のカバー通路３３０２、３３０４を含む。第１のカバー通路３３０２のリップ部３３０６は、第１の通路３１０２内に突出し、かつ、凹部３２０６に受承されるように形成されている。更に、第１のカバー通路３３０２は、フィルタ入口２９７６を受承し、フィルタガスケット３３１０を用いて液密に連結するように形成できる。第１の通路３１０２内の液体の流れは、第１のカバー通路３３０２を通過してフィルタ入口２９７６へ流入する。第２のカバー通路３３０４のリップ部３３０６は、第２の通路３１０４内に突出するように形成することができる。更に、第２のカバー通路３３０４は、フィルタ出口２９７８を受承し、フィルタガスケット３３１０を用いて液密に連結するように形成できる。フィルタ出口２９７８を流通する液体は、第２のカバー通路３３０４を通じて第２の通路３１０４に受け入れられる。第２の通路３１０４を流通する液体は、第２通路出口３１１８から紫外線照射モジュール２９６４へ流入する。

図２９を再び参照すると、紫外線照射モジュール２９６４は、エンドキャップ２９８０、のぞき窓２９８１および紫外線照射システム２９８２を含む。エンドキャップ２９８０は、ハウジング２８０８の一部を形成し、紫外線照射システム２９８２への着脱自在のアクセス部を構成する。エンドキャップ２９８０は、ネジ連結、スナップ式の嵌合その他の着脱自在の結合機構によって、ハウジング２８０８の残りの部分に結合される。のぞき窓２９８１は、紫外線照射システム２９８２が作動していることを目視確認できるようにするポリカーボネートのような窓材料とすることができる。

紫外線照射システム２９８２は、紫外線光源２９８４、ソケット２９８６、反応容器２９８８を含む。紫外線光源２９８４は、約１００ナノメートル〜約２８０ナノメートルの範囲のＵＶ−Ｃエネルギのような紫外線エネルギを放射し、液体に含まれているであろうバクテリア、藻などのような生物有機体を無力化する。紫外線光源の例は、低圧水銀タイプ、冷陰極タイプ、発光ダイオードタイプが含まれる。図示する紫外線光源２９８４は、２管式紫外線光源であって、これは、約３ワット〜約６ワットの交流のような作動電力で連続的に作動させることができよう。更に、紫外線光源２９８４は、最初に、約８ワット〜１２ワットの交流のような所定のワット数で付勢するようにしてもよい。紫外線光源２９８４は、一般的に着脱自在となっており、ソケット２９８６に電気的に結合することができる。図示する例では、紫外線光源２９８４は、電気的に接続するために、ソケット２９８６の複数の小孔２９９０に挿入される複数のポスト（図示せず）を含んでいる。

ソケット２９８６は、ネジ連結、接着剤、ファスナその他の機構によりハウジング２８０８内に同心に取付けることができる。紫外線光源２９８４は、反応容器２９８８に隣接させて配置されるように、ソケット２９８６に結合させることができる。反応容器２９８８は、テフロン（登録商標）のような紫外線エネルギに対して透過性を有し、かつ、液体を流通させる螺旋状の通路を形成可能な材料から形成することができる。透過性材料によって、反応容器２９８８を流通する液体は、紫外線光源２９８４により生成される紫外線エネルギの照射を受けることが可能となる。図示する例では、反応容器２９８８は、紫外線光源２９８４を収容する中心孔を有するように形成される。紫外線光源２９８４は、反応容器２９８８を流通する液体が受ける紫外線エネルギを最大化するように、反応容器２９８８と同心に配置され、かつ、該反応容器によって包囲されるように取付けることができる。紫外線光源２９８４においてソケット２９８６の反対側の端部は、反応容器２９８８の中心孔内における紫外線光源２９８４の位置を保持するために、図３１を参照して上述したランプ着座部３１２４に係合、着座する。

図３４は、図２９に示した反応容器２９８８に結合したマニフォールド２９６８の斜視図である。反応容器２９８８は、第１の流路の一部を形成する、直線部分３４０２、エルボー部分３４０４および螺旋部分３４０６を含む。図示されていないが、第２通路出口３１１８（図３１）は、摩擦嵌合のような液密の連結手段を用いて直線部分３４０２に結合されている。直線部分３４０２は、反応容器２９８８の第１の端部３４１０から第２の端部３４１２へ螺旋部分３４０６を貫通して延在している。エルボー部分３４０４は、直線部分３４０２と螺旋部分３４０６との間の液密の連結部を提供する。

図３５は、エルボー部分３４０４の一例を示す斜視図である。エルボー部分３４０４は、プラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼その他の無孔材料から形成することのできる第１の半体部分３５０２と第２の半体部分３５０４とを含む。第１と第２の半体部分３５０２、３５０４は、接着、超音波溶接、その他液密にシール可能な結合機構によって結合することができる。第１の半体部分３５０２は第１の入口ニップル３５０６を有している。該第１の入口ニップルは概ね直線状をなし、半体部分３５０２（図３４）の直線部分３４０２（図３４）に受承されるように形成されている。入口ニップル３５０６は、第１と第２の半体部分３５０２、３５０４により画成されるエルボー空洞３５０８内に連通する通路を形成する。また、螺旋部分３４０６と同様の曲率半径で湾曲した出口ニップル３５１０が、第１と第２の半体部分３５０２、３５０４によって形成される。入口ニップル３５０６からエルボー空洞３５０８に流入した液体は、出口ニップル３５１０を通ってエルボー空洞３５０８から反応容器２９８８（図３４）螺旋部分３４０６（図３４）へ流出する。或いは、直線部分３４０２と螺旋部分３４０６とを単一の連続通路として形成し、エルボー部分３４０４を省略してもよい。

図３４に示すように、螺旋部分３４０６は、螺旋入口３４１６と螺旋出口３４１８とを有する。螺旋入口３４１６は、出口ニップル３５１０を受承し液密に連結するように形成されている。螺旋出口３１１８は、第１の端部３４１０において、直線部分３４０２への入口に隣接させて配置されている。従って、同じ端部で液体が反応容器２９８８に流入、流出する。螺旋出口３４１８は、ノズル１１０８に結合し液密にシールするように形成されている。図３４は、また、ノズル保持部３１０６に係合するノズル１１０８、および、紫外線光源２９８４（図２９）を受容するように螺旋部分３４０６に形成された中心孔が図示されている。

図２９及び図３４を参照すると、反応容器２９８８は、ハウジング２８０８の紫外線照射モジュール２９６４に嵌合する外径と、紫外線光源２９８４および直線部分３４０２を収容する内径とを有した螺旋を形成する。紫外線照射モジュール２９６４内において、反応容器２９８８を反射器（図示せず）によって包囲し、紫外線光源２９８４により放射された紫外線エネルギを螺旋部分３４０６の中心孔へ向けて反射するようにできる。或いは、反応容器２９８８に隣接するハウジング２８０８の内壁を反射面としてもよい。紫外線光源２９８４は螺旋部分３４０６内に同心に配置した場合、液体は、直線部分３４０２を紫外線光源２９８４に平行に流通し、かつ、螺旋部分３４０６を紫外線光源２９８４の周囲を周方向に流通し、液体の流れの照射が最大化される。液体を第２通路出口３１１８から直線部分３４０２、エルボー部分３４０４、螺旋部分３４０６、螺旋出口３４１８を通してノズル１１０８へ流れるようにできる。液体は反応容器２９８８内のみを流通するので、紫外線照射モジュール２９６４は実質的に乾燥状態に維持される。

螺旋部分３４０６からの液体の流れはノズル１１０８へ流入し、液体噴流としてノズル１１０８から押出される。ノズル１１０８への流入点において、液体の流れはフィルタモジュール２９６０によって濾過され、かつ、紫外線照射モジュール２９６４によって紫外線の照射を受けており、処理済みの液体と看做される。本明細書では、「処理液体」および「処理水」との語は、濾過され紫外線エネルギの照射を受けた液体を意味する。

既述したように、ノズル１１０８は、加圧された流体の液体の流速を高める。加圧され第１の流速で供給された液体は、ノズル１１０８を流通し第１の流速よりも実質的に高い第２の流速で該ノズル１１０８から吐出される。ノズル１１０８は、液体の流れをノズル１１０８から押出された液体噴流に変換する。液体噴流は、ノズル１１０８により発電モジュール２９６２に吐出される。

図２９に示すように、発電モジュール２９６２は、既述した水力発電システムを含んでいる。水力発電システムは、ノズル１１０８と水力発電機２９９２とを具備している。水力発電機２９９２は、図１１〜図２７を参照して説明した実施形態と同様の、内側ハウジング１１０４である発電機ハウジング、センタリングロッド１１０６およびノズル１１０８を含む。従って、ここでは、既述した水力発電システムの特徴については詳細に説明しない。既述した水力発電システムの実施形態の特徴および／または構成要素は、発電モジュール２９６２に含まれることは理解されよう。

発電モジュール２９６２は、また、第１の流体通路を形成する外側ハウジング２９９４を含み、第１の流体通路は、ハウジング２８０８を貫通する第１の流路（処理液体の流路）の一部を形成する。外側ハウジング２９９４は、図１１〜図２２を参照して説明した外側ハウジング１１０２および／または図２６、２７を参照して説明した外側ハウジング２６０２と同様とすることができる。第１の出口２８１６によって、処理液体が、外側ハウジング２９９４を流通する液体から供給される。

発電モジュール２９６２は、更に、第２の液体通路を含む。第２の液体通路は、第２の流路の一部を形成する未処理液体の通路２９９６である。第２の出口２８１８によって、未処理液体通路２９９６から未処理の液体が供給される。未処理液体の通路２９９６は、外側ハウジング２９９２の外面とハウジング２８０８の内面とによって形成される。すなわち、未処理液体の通路２９９６は、未処理液体を発電モジュール２９６２内で外側ハウジング２９９２の周囲に分離、独立させて第２の出口２８１８へ向けて流通させるための通路である。

こうして、発電モジュール２９６２は、第１と第２の出口２８１６、２８１８の双方に供給する。外側ハウジング２９９２に形成された第１の液体通路は、処理液体を第１の出口２８１６へ供給し、未処理液体の通路２９９６は、未処理液体を第２の出口２８１８へ供給する。第１と第２の液体通路内の液体の流れは、他の液体通路から分離、独立に維持される。

図３６は、図２８〜図３５に示した水処理システム２８０４からハウジング２８０８の一部を取外して示す側面図である。作動する間、スイッチ２８２４が第１の位置にかるとき、加圧液体は、水栓２８０２からバルブボディ２９１０を通過して内側オリフィス２９５０へ、そして第１の凹所３０２０へ流入する。内側下ガスケット２９２４は、外側凹所３００６への液体の漏洩を防止する。液体の流れは、ハウジング２８０８内の処理液体通路３６０２を介して、マニフォールド２９６８の第１通路入口３１１４へ導かれる。ハウジング２８０８内の第１の流路（処理液体の通路）に沿って流れる液体は、遮蔽体３６０２のために第２の流路（未処理液体の通路２９９６）へは流入しない。既述したように、液体はフィルタモジュール２９６０および反応容器２９８８を流通し、ノズル１１０８によって高速で外側ハウジング２９９４内に吐出される。

押出された液体噴流は、空気中を移動して、水力発電機２９９２に衝当する。より詳細には、押出された液体噴流は、内側ハウジング１１０４の表面に取付けられているパドル１１１８に衝当し、内側ハウジング１１０４を回転させる。内側ハウジング１１０４が回転すると発電され、紫外線光源２９８４を励起し、これを維持する。或いは、後述するように、紫外線光源２９８４を最初に励起し、これを維持することに関連して、エネルギ貯蔵装置３７４０を用いてもよい。パドル１１１８に衝当した後、液体は外側ハウジング２９９４内に収容され、そして第１の出口２８１６へ流れ、この液体は、処理液体として水処理システム２８０４のユーザに利用可能となる。

スイッチ２８２４が第２の位置に切換えられると、水栓２８０２からの圧力液体は、第２の流路沿いに第２のオリフィス２９５２へバルブボディ２９１０内を流通し、そして外側凹所３００６へ流入する。外側下ガスケット２９９２および内側下ガスケット２９９４が、外側凹所３００６からの液体の漏洩を防止する。外側凹所３００６から、液体は未処理液体の通路２９９６へ導かれ、次いで第２の出口２８１８へ導かれる。

再び図２９を参照すると、水処理システム２８０４の作動、監視および制御は電子モジュール２９６６により行われる。図示する例では、電子モジュール２９６６は、ハウジング２８０８の一部を形成する水密の室である。他の例では、電子モジュール２９６６は、複数の小室とし、水密の構成要素および／または説明した機能を果たす他の形態とすることができる。

図３７は、電子モジュール２９６６のブロック図であり、該ブロック図には、紫外線光源２９８４および水力発電機２９９２が含まれている。一例として示す電子モジュール２９６６は、プロセッサ３７０２、表示器３７０４、ＵＶスイッチ３７０および電源３７０８を含んでいる。他の例では、電子モジュール２９６６の機能を記述するために付加的な構成要素または一層少ない構成要素を含んでいてもよい。

プロセッサ３７０２は、水処理システムの表示、監視、制御および操作の少なくとも１つを行うために、入力を受け入れること、および／または、出力することに関連した論理および／または指示を実行可能な如何なる装置とすることもできよう。プロセッサ３７０２は、指示およびデータを格納するために、メモリー装置のような記憶部を含むことができる。この記憶部は、揮発性または不揮発性のメモリー装置とすることができる。更に、プロセッサ３７０２は、アナログ−デジタル変換機能のような信号変換機能を含むことができる。プロセッサ３７０２は、また、電気信号を伝達、受信するための入出力機能、および、データおよび／または指示を伝達、受信するための外部通信ポートを含むことができる。

水力発電システムによって生成された電力の監視、表示、制御および分配は、プロセッサ３７０２によって実行することができよう。水力発電機２９９２の監視は、１分当りの回転数（ＲＰＭ）、出力、温度および／または水力発電機２９９２の関連した他の作動パラメータを受信することを含む。図示する例では、プロセッサ３７０２は、出力ライン３７１２上の水力発電機２９９２の出力を代表する信号を受信する。水力発電機２９９２によって生成された交流の周波数に基づいて、プロセッサ３７０２は水力発電機２９９２のＲＰＭを検知可能である。プロセッサ３７０２は、また、第１の流路（処理液体の流路）を流通する液体の流量を検知するために、このＲＰＭ（交流電力）を用いることができよう。こうして、フィルタの寿命、紫外線光源の寿命、総水量、または、関連したパラメータの他の利用は、プロセッサ３７０２によって追跡、記録することができよう。

選択可能の例として、電子モジュール２９６６は、また、紫外線センサ、Ａ級センサ（ｃｌａｓｓ Ａ ｓｅｎｓｏｒ）、流量センサなどのような１または複数のセンサ３７１４を含んでいてもよい。プロセッサ３７０２は、センサ監視ライン３７１６でセンサ３７１４を監視し、紫外線光源が作動しているか、システムを流通する液体が紫外線照射を受けているか、流量などを検知する。或いは、プロセッサ３７０２はメモリに予め作成したランプ照射曲線をテーブルとして格納していてもよい。ランプ照射曲線によって、紫外線光源２９８４に供給された電力および液体の流れが紫外線エネルギに照射された時間に基づいて、十分な紫外線照射レベルを達成することができよう。

プロセッサ３７０２は、前記テーブルおよび水力発電機２９９２を用いて、紫外線光源２９８４が規定照射量を達成するために必要な量を定刻に決定するようにしてもよい。ここで「規定照射量」との語は、反応室２９８８（図２９）での測定流量において、液体の流れを十分に浄化するのに必要な紫外線エネルギ出力を意味する。このテーブルにした情報を備え、水力発電機２９９２の現在の出力レベルを知ることにより、プロセッサ３７０２は、紫外線光源が、要求される規定照射量を達成するために必要な始動時間を決定する。ここで、紫外線光源の「始動時間」との語は、紫外線エネルギ（初期光出力ＩＬＯ）を放射するプラズマを得るためにアークを生成しガスをイオン化するのに必要な時間を意味する。

プロセッサ３７０２は、また、システム状態の表示を駆動する。表示器３７０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶表示器（ＬＣＤ）、光表示器、圧電、アナンシエーター（ａｎｎｕｎｃｉａｔｏｒ）等のような視覚的または聴覚的表示形態とすることができる。表示器３７０４は電子モジュール２９６６に設けることができる。或いは、表示器３７０４は、ハウジング２８０８（図２９）の概ね球形の部分のような、ハウジング２８０８において半径方向に目視可能な他の部位に設けてもよい。表示器３７０４を介してプロセッサ３７０２により駆動される視覚的または聴覚的な表示は、紫外線光源２９８４の寿命（使用量）、フィルタ２９７２（図２９）の寿命（使用量）、紫外線光源２９８４が規定照射量に達したか或いは達したとき、紫外線光源２９８４を励起するための電力が不足しているか或いは不足したとき、システム故障、システム作動、流量その他のシステムおよび／または作動の表示／状態を表示することができる。プロセッサ３７０２は、表示器３７０４を駆動するために表示ライン３７１８に信号を送出することができる。

プロセッサ３７０２による制御は、紫外線光源２９８４の起動および作動の制御を含むことができる。既述したように、紫外線光源２９８４は、水力発電機２９９２により生成される電力によって初期励起され、次いで、連続励起される。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のＲＰＭおよび／または出力を監視し、ＲＰＭおよび／または出力が所定範囲にあるとき、紫外線光源２９８４を励起する。水力発電機２９９２のＲＰＭおよび出力は相互に関連していることは理解されよう。更に、ＲＰＭが増加すると、それに対応して出力も増加し、ＲＰＭが低下すると、それに対応いて出力も低下する。前記出力の所定範囲は、紫外線光源２９８４の始動時間を最小化するように選定することができる。言い換えれば、紫外線光源２９８４が規定照射量に達するのに必要な起動時間は、プロセッサ３７０２によって最小化されよう。水力発電機のＲＰＭが所定範囲にあるような場合に、最適作動条件で紫外線光源２９８４を選択的に励起することによって、起動時間はプロセッサによって最小化されよう。起動時間を最小化することにより、水処理システムは、望ましい「即時始動」が可能となろう。即時始動は、第１の流路を流通する未処理液体の量を最小化することができる。

紫外線光源２９８４の起動時間は、また、紫外線光源２９８４の形態に基づいても有利に短縮することができよう。有利内容に形成された紫外線光源２９８４の形態に関するパラメータは、紫外線光源２９８４のフィラメントの大きさ、紫外線光源２９８４内の混合気および場合によっては予熱制御部３７２０の利用が含まれる。

アークを生成するための紫外線光源２９８４の高エネルギ起動によって、紫外線光源２９８４内のプラズマが熱イオン温度まで上昇する。紫外線光源２９８４により発生する紫外線エネルギの安定性および堅牢性を最大化する熱イオン温度は望ましい。熱イオン温度が低すぎると、高エネルギによって形成されたプラズマが不安定になる。反対に、熱イオン温度が高すぎると反応が低下する。

紫外線光源２９８４のために、プラズマ熱イオン温度の範囲を確立することができる。所定範囲のプラズマ熱イオン温度を得るために、プロセッサ３７０２の指示により、所定範囲の起動電圧（従ってＲＰＭ）を紫外線光源２９８４に供給することができる。この所定範囲のプラズマ熱イオン温度は、安定性を考慮しないで単純にプラズマを形成するために必要なプラズマ熱イオン温度よりも高いであろう。所定範囲内とするためには、プラズマ熱イオン温度は一層高くする必要があるかもしれないので、所定起動電圧もまた大きくなるかもしれない。望ましい熱イオン温度範囲内とするために望ましい起動電圧に対応するために、紫外線光源２９８４内のフィラメントもまた大きくなるであろう。こうして、プロセッサ３７０２の指示により水力発電機２９９２によって供給される起動電圧は悪影響無く高くすることができ、また、起動時間も最小化される。

プラズマを形成する反応の熱イオン温度を最大化するために、ネオンおよびアルゴンの所定混合気が紫外線光源２９８４内で用いることができる。例えば、混合気は、５％までの範囲のネオンと、残りをアルゴンとした混合気とすることができる。ネオンは約５％〜約１５％としてもよい。更に、ネオンを約２５％以下とし、アルゴンを約７５％以下としてもよい。

望ましい温度範囲での反応の熱イオン温度を生成するために、水力発電機２９９２によって発生する出力はアークを生成させ気体をイオン化するために用いられるので、発生した電力、従って、その結果得られる熱イオン温度を決定するために、最悪の場合の液体流量および温度を用いることもできる。最適な熱イオン温度範囲が決定されると、気体がイオン化したときに最適熱イオン温度範囲内の熱イオン温度が得られたときにのみ紫外線光源２９８４を励起するために、プロセッサ３７０２によって水力発電機２９９２のパラメータを監視するようにできる。

紫外線スイッチ３７０６を制御して、水力発電機２９９２から紫外線光源２９８４への電力供給を制御するようにできる。紫外線スイッチ３７０６は、リレー、ＦＥＴまたはプロセッサ３７０２によって駆動されるその他のスイッチ機構とすることができる。プロセッサ３７０２は、許可ライン３７２２上の出力信号として送出される許可信号によって、紫外線スイッチ３７０６を指示する。紫外線スイッチ３７０６は、エネーブルされると、水力発電機２９９２から高圧ライン２７２４を介して電力を受け取り、この水力発電機２９９２によって発生した電力を紫外線光源２９８４へ電力供給ライン越しに送電する。

紫外線照射システム２９８８（図３４）および水力発電機２９９２は、また、種々の流量条件下で流れる液体を十分に照射するために、「負荷整合的（ｌｏａｄ ｍａｔｃｈｅｄ）」に設計されている。流量変化が検知されると、水力発電機２９９２の出力電圧もまた変化しよう。更に、水力発電機２９９２の電圧（ＲＰＭ）変化によって紫外線光源２９８４の紫外線エネルギ出力も変化するであろう。こうした変化に基づいて、水力発電機２９９２および紫外線光源２９８４は、液体流量の予想される範囲の流量条件下で、十分な照射を提供するよう負荷整合的に設計されている。更に、直線部分３４０２および螺旋部分３４０６（図３４）のような紫外線照射システム２９８８の他の特徴も、変化する流量のもとで十分に照射できるように設計することができる。

予熱制御部３７１８は、紫外線光源２９８４に結合したグロー球のような機械的制御部とすることができる。グロー球は、気体のイオン化が開始したときに、紫外線光源２９８４のフィラメントを短絡するであろう。イオン化が完了し、紫外線光源２９８４内の反応が望ましい熱イオン温度範囲に達すると、グロー球は短絡を停止するようにできる。或いは、予熱制御部３７１８をプロセッサ３７０２によって制御されるリードリレーやトライアックのような短絡スイッチとしてもよい。プロセッサ３７０２は、短絡スイッチを選択的に付勢し或いは消勢し、規定の照射を達成するために紫外線光源２９８４の作動時間（ｏｎ−ｔｉｍｅ）を最小化する。予熱制御部３７１８の付勢、消勢は、予熱ライン３７２８上へのプロセッサ３７０２からの信号によって可能となろう。

水力発電機２９９２の出力を利用してプロセッサ３７０２へ調整された直流制御電圧を供給するために、電源３７０８を用いることができる。調整された直流制御電圧は、水力発電機２９９２が回転を開始するとすぐに、直流制御ライン３７３０を介してプロセッサ３７０２へ供給することができる。その結果、プロセッサ３７０２が先ず付勢され、水力発電機２９９２が回転し始めるのと実質的に同時に水力発電機２９９２の出力を監視し始める。

水力発電機２９９２は、高電圧モードで高圧発電機として、そして低電圧モードでは低圧発電機として作動させるようにすることができる。例えば、高電圧モードでは、水力発電機２９９２は、紫外線光源２９８４へ高電圧出力を発生するように形成されたコイルを含むことができよう。或いは、低電圧モードでは、紫外線光源２９８４へ比較的低圧の出力を発生するように形成されたコイルを含むことができよう。

本明細書では、「高電圧モード」との語は、水力発電機２９９２によって発生した作動電圧が、紫外線光源２９８４を直接励起しかつ作動させるのに十分に高い電圧を意味する。例えば、高電圧モードでは、約３００〜４００ＶＡＣの初期励起電圧（水力発電機２９９２に負荷がかかっていないときの初期起動電圧）を、そして起動後に紫外線光源２９８４の励起を維持するために約２０〜４０ＶＡＣの電圧を提供するようにできる。また、「低電圧モード」との語は、後述するように、紫外線光源２９８４を起動しかつ作動させるために安定期によって用いられる、水力発電機２９９２の出力電圧を意味する。例えば、低電圧モードでは水力発電機は約６〜２０ＶＡＣの電圧を提供するようにできる。他の例では、紫外線光源２９８４を起動、作動させるために、他の電圧モードや他の形態を水力発電機２９９２で用いることができる。

水力発電機２９９２が高電圧モードで作動している場合、高圧電力ライン３７２４を介して紫外線スイッチに高電圧出力を供給するようにできる。更に、水力発電機２９９２は、交流出力ライン３７３２を介して電源３７０８へ低電圧出力を供給するように形成されたコイルを含むことができる。最適作動条件となったときに、紫外線光源２９８４内でアークを発生させるために、比較的高圧の交流電力を紫外線スイッチ３７０６に供給するようにできる。

水力発電機２９９２が低電圧モードで作動し、比較的低電圧の出力が紫外線光源２９８４へ供給される場合、電子モジュール２９６６は安定器３７３０を含むことができる。安定器３７３０は、紫外線スイッチ３７０６と紫外線光源２９８４との間の電力供給ライン３７２６に配設することができる。紫外線スイッチ３７０６は、低電圧モードで作動中の水力発電機２９９２からの供給電力に基づいて、電源３７０８から約３〜１２ＶＤＣのような整流し未調整の直流電圧の供給を受ける。整流した直流電圧は、最適作動条件に達し、プロセッサ３７０２によって紫外線スイッチ３７０６が起動したときに、安定器３７３０によって交流電力に変換し直され紫外線光源２９８４へ供給される。

高電圧モードの水力発電機２９９２での起動に際して、紫外線光源２９８４は、既述したように最低電流および高電圧を利用する。イオン化の間、紫外線光源２９８４のインピーダンスは、１ＭΩのような比較的高いインピーダンスから１００Ωのような比較的低いインピーダンスへ変化する。水力発電機２９９２を直接電源として用いることにより、紫外線光源２９８４の変化するインピーダンスと協調的に作動するように構成することのできる電源が提供される。

高電圧モードの水力発電機２９９２は、紫外線光源２９８４を直接的に初期励起するために所定の起動電圧を提供する。所定の起動電圧は、より悪い場合に予想される液体流量および温度を用いて、無負荷条件での水力発電機２９９２により出力される第１のＲＰＭ、従って起動電圧を予測するために水力発電機２９９２が備えている電圧範囲とすることができる。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のＲＰＭが所定の起動電圧を提供可能な所定範囲にあるときのみ、紫外線光源２９８４を励起する。更に、水力発電機２９９２は、最悪の場合で予測される液体流量および温度のもとでの対応する第２のＲＰＭに対して設計することにより、初期励起の後に紫外線光源２９８４の励起を維持する運転電圧を提供するように構成できよう。

高電圧モードで作動可能な水力発電機２９９２は、更に、紫外線光源２９８４の初期励起を完了するのに十分に長い所定時間、第１のＲＰＭ、従って起動電圧を実質的に維持するために、フライホール効果を考慮するようにできる。第１のＲＰＭを実質的に維持することにより、水力発電機２９９２は、様々な負荷条件下において、望ましい熱イオン温度範囲内で、アークを形成し、紫外線光源２９８４内の気体をイオン化するために十分な電力を供給可能となる。前記所定時間は、例えば８００ミリ秒とすることができる。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のフライホール効果（起動電圧）を監視し、そして、前記所定時間を達成するために前記ＲＰＭの所定範囲を調節する。こうして、プロセッサ３７０２は、紫外線光源２９８４を初期励起し、次の紫外線光源２９８４の起動を最短化するために、最適な時間を連続的に調節する。紫外線光源２９８４の連続負荷によって、紫外線光源２９８４の励起を維持するために必要な作動電圧を提供するために、水力発電機２９９２のＲＰＭは低下するであろう。

水力発電機２９９２が低電圧モードで作動している場合、紫外線スイッチ３７０６によって紫外線光源２９８４を初期励起可能とする最適時間を決定することできる。プロセッサ３７０２によって、水力発電機２９９２のＲＰＭ（または電圧）が所定範囲にあるかを監視するようにできる。前記所定範囲に達すると、紫外線スイッチ３７０６は安定器３７３０に直流電圧を供給し、紫外線光源２９８４内にアークを形成する。前記所定範囲にあるので、安定器３７３０は、望ましい範囲の熱イオン温度範囲内で紫外線光源２９８４内にアークを形成することができる大きさの電圧を提供できる。

高電圧モードまたは低電圧モードで作動する水力発電機２９９２は、プロセッサ３７０２の制御によって、紫外線光源２９８４と効果的に「インピーダンス整合」するであろう。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のＲＰＭを監視し、ＲＰＭが起動を最短化する所定範囲に達したときに、紫外線スイッチ３７０６を付勢して紫外線光源２９８４に電力を供給する。水力発電機２９９２から十分な電力が供給されたときにだけ紫外線光源２９８４内にアークを形成することにより、紫外線光源２９８４の寿命を最大化することができよう。更に、紫外線光源２９８４内で生成されるプラズマは、生成する紫外線エネルギを最大限安定化し変動を最小化する望ましい熱イオン温度範囲内となるであろう。

いずれのモードでも、ＲＰＭが所定範囲に達するまでプロセッサ３７０２が待機する間、アークの形成は遅れるであろう。この遅れは、水力発電機２９９２の回転の慣性に対抗するために必要な時間のために生じるであろう。この遅れは、水力発電機２９９２が最高速まで立ち上がる間、水力発電機２９９２からエネルギを取出すことにより有利に回避できるであろう。こうして、紫外線光源２９８４の迅速かつ効果的な起動が達成され、イオン化された気体を最大限安定させることができよう。

電子モジュール２９６６は、また、場合によっては、エネルギ貯蔵装置３７４０と充電／放電制御部３７４２とを含むことができる。エネルギ貯蔵装置は、コンデンサ、バッテリー、電力を貯蔵、放電できるその他のエネルギ貯蔵機構とすることができる。充電／放電制御部３７４２は、選択的に電力を伝導可能なリレーやＦＥＴのような切換え機構の形態とすることができる。プロセッサ３７０２は、充電／放電ライン３７４０へ送出した信号によって、充電／放電制御部３７４２を制御することができる。充電／放電制御部３７４２は、また、エネルギ貯蔵ライン３７４６によってエネルギ貯蔵装置３７４０に、エネルギ貯蔵ライン３７４８によって電源３７０８に結合することができる。

貯蔵装置３７４０は、水力発電機２９９２によって電力が生成されていないときに、水処理システムに電力を供給するために、プロセッサ３７０２によって利用するようにできる。更に、貯蔵装置３７４０は、水力発電機２９９２の現在の出力を超過する電力要求を満足するために、プロセッサ３７０２によって利用するようにできる。例えば、水力発電機２９９２のＲＰＭが不十分なために、プロセッサ３７０２が紫外線光源２９８４にアークを形成できない場合に、プロセッサ３７０２は、貯蔵装置３７４０からの電力で利用可能な電力を補償すべく充電／放電制御部をエネーブルし、かつ、紫外線光源２９８４にアークを形成すべく紫外線スイッチ３７０６をエネーブルするようにできる。プロセッサ３７０２は、また、水力発電機２９９２が十分な量の電力を生成しているときに、充電／放電制御部３７４２が貯蔵装置３７４０に電力を貯蔵できるようにしてもよい。

他の例では、プロセッサ３７０２は、貯蔵装置３７４０からの電力によって紫外線光源２９８４を初期励起することができよう。プロセッサ３７０２は、該プロセッサ３７０２が水力発電機２９９２の回転を検知したときに、つまり、プロセッサ３７０２が第１の流路に沿って液体の流れを検知したときに、紫外線スイッチ３７０６をエネーブルする。水力発電機２９９２のＲＰＭ（または電圧）は、紫外線光源２９８４の励起を維持可能な所定範囲に達するまでプロセッサ３７０２により監視される。プロセッサ３７０２は、次いで、同期スイッチ（図示せず）によって電力の供給を貯蔵装置３７４０から水力発電機に切換えることができよう。こうして、水処理システムは、紫外線光源２９８４を即時に起動でき、また、電源内蔵型となる。貯蔵装置３７４０を備えた選択肢は、第三世界諸国のような液体の圧力が低い条件下で、安価で便利な方法を提供する。

図３８、３９は、図２８〜図３７を参照して上述した水処理システム２８０４の作用を示すプロセスフローチャートの一例である。図示された作用の一例では、水処理システム２８０４は、従前に作動しており、従って液体を保持していると仮定する。液体が切換機構２８０６に流入したときに、先ず、図３８のブロック３８０２から作動を開始する。水処理システム２８０４のユーザがスイッチ２８２４を切換えて、処理液体を受け取ることを選択すると、ブロック３８０４において、液体は、第１の流路に沿って切換機構２８０６を流通してハウジング２８０８に流入する。ブロック３８０６では、従前に既に第１の流路内に存在していた液体が流通し始めている。この既に存在している液体は、水処理システム２８０４の従前の使用から残っているものである。

この既に存在していた液体は、水力発電機２９９２において高速で押出される噴流として噴射され、ブロック３８０８で水力発電機２９９２は回転し始める。ブロック３８１０では、水力発電機２９９２は、電力を生成し始める。ブロック３８１２では、この電力によってプロセッサ３７０２が付勢される。ブロック３８１４において、水力発電機２９９２の出力を監視し、所定範囲のＲＰＭに達したか否かを判断する。ＲＰＭが所定範囲に達すると、ブロック３８１６において、プロセッサ３７０２は、紫外線光源２９８４を励起すべく紫外線スイッチ３７０６をエネーブルする。

ブロック３８１４でＲＰＭが所定範囲になければ、プロセッサ３７０２は、ブロック３８２０において、流量を監視して流量が所定範囲を超えていないかを判断する。検知された流れの量は、反応容器２９８８内に存在し、既に紫外線エネルギの照射を受けた従前の液体の量であるかもしれない。検知された流量が超過している場合には、プロセッサ３７０２は、ブロック３８２２で、液体の流れが十分に処理されていない旨のアラームその他の表示を行う。

図３９を参照すると、ブロック３８２４では、プロセッサ３７０２は、３秒のような所定時間が超過したか否かを判断する。所定時間を超過していない倍には、ブロック３８１４へ戻り、所定範囲のＲＰＭを監視する。所定時間を超こすると、プロセッサ３７０２は、ブロック３８２６において、表示器３７０４により、紫外線光源２９８４を起動するのに十分な電力が得られないこと示すアラームをだし、ブロック３８１４へ戻る（図３８）。或いは、プロセッサ３７０２は、既述したように、補助動力を提供すべく貯蔵装置３７４０（具備する場合に）をエネーブルしてもよい。

ブロック３８１６（図３８）で紫外線光源が励起すると、プロセッサ３７０２は、ブロック３７３２で流量、フィルタの寿命（使用量）、紫外線光源の寿命（使用量）等を監視する。紫外線光源２９８４を起動するために貯蔵装置３７４０を用いる場合には、プロセッサ３７０２は、所定範囲のＲＰＭに基づいて、貯蔵装置３７４０から水力発電機２９９２によって供給される電力に切換えるかを決定する。ブロック３７３４において、プロセッサ３７０２は、テーブルにアクセスして、液体が十分な紫外線照射を受けたか否かを判断する。或いは、プロセッサ３７０２がセンサ３７１４を監視して上記の判断をしてもよい。液体が十分に照射を受けている場合には、プロセッサ３７０２は、ブロック３８３６で、表示器３７０４によりユーザに液体が処理されている旨の表示をする。液体が十分に照射されていない場合には、ブロック３８３８において、プロセッサ３７０２は、表示器３７０４によりアラームを発生する。

ブロック３８４０で、切換機構２８０６に流入した液体は、マニフォールド２９６８に流入し、第１の流路沿いにフィルタ２９７２へ導かれる。この液体は、ブロック３７４２で濾過される。ブロック３７４４では、濾過された液体は、マニフォールド２９６８へ戻り、第１の流路沿いに反応容器２９８８へ導かれる。ブロック３８４６で、濾過された液体は、反応容器２９８８内で紫外線エネルギの照射を受ける。ブロック３８４８で、照射された液体は、マニフォールド２９６８へ再び戻り、第１の流路沿いにノズル１１０８へ導かれる。ブロック３８５０では、この液体は、ノズル１１０８により液体噴流として水力発電機２９９２へ押出され、第１の流路沿いに第１の出口２８１６から流出する。

図３８を再び参照すると、ブロック３８０２で、ユーザが未処理液体を選択すると、液体は、ブロック３８０２で第２の流路に沿って切換機構２８０６を流通する。ブロック３８５６で、液体は、第２の流路沿いにハウジングへ流入し、未処理液体通路２９９６を流通する。未処理液体は、ブロック３８５８で出口２８１８に供給される。

ユーザが液体の流れを停止したとき、プロセッサ３７０２は、作動データおよび使用量データを不揮発性メモリに送出するのに十分な量のエネルギが残留しているであろう。或いは、貯蔵装置３７４０からプロセッサ３７０２へ電力を供給するようにしてもよい。データの格納が完了すると、プロセッサ３７０２は消勢され、水処理システムは停止する。

図４０は、小型水力発電システム４０００の別の例の断面図である。小型水力発電システム４０００は、上述したように、水処理システム内、衛生器具内、水栓システムの端部においてなどの、前述の用途のいずれかにおいて使用され得る。これに加え、小型水力発電システム４０００は、上述したように、プロセッサ、バルブ本体、マニフォールド、反応容器、フィルタ、電力制御器などのハードウェアおよび／またはソフトウェアの前述の例示的構成のうちの任意の１つ以上を含んでもよい。小型水力発電システム４０００は、３０ワット以下の小電力量を発生させる小規模システムである。故に、小型水力発電システム４０００は、トイレにおける衛生器具に電力供給するためなどの電力源が所望される商業用途において、または家庭用または個人用水処理システムにおけるインジケータパネルに電力供給するためなどの非商業用使用において使用され得る。

例示的小型水力発電システム４０００は、外側ハウジング４００２および内側エンクロージャ４００４を含む。外側ハウジング４００２は、略円筒状であり、プラスチック、金属、または耐水性の任意の他の剛性材料で形成されてもよい。他の例において、外側ハウジング４００２は、四角形、楕円形、または任意の他の形状であってもよい。外側ハウジング４００２は、中央外側エンクロージャ４００６、第１の外側エンドキャップ４００８、および第２の外側エンドキャップ４０１０を含む。他の例において、１つ以上の別々のエンクロージャが、外側ハウジング４００２の一部として含まれてもよい。

この例において、第１および第２の外側エンドキャップ４００８および４０１０は、略均一の断面積の内壁４０１２と、中央外側エンクロージャ４００６の夫々の対向端部を囲繞するように形成される大きい断面積のスリーブ４０１４とを含むように形成され得る。第１および第２の外側エンドキャップ４００８および４０１０は、摩擦嵌合、接着剤、超音波溶接、または任意の他の連結機構によって、液密シールを形成するように中央外側エンクロージャ４００６と固定的に連結され得る。また、この例において、第１および第２の外側エンドキャップ４００８および４０１０の各々は、夫々の外側エンドキャップ４００８および４０１０と中央外側エンクロージャ４００６との間の液密連結を形成するように夫々のスリーブ４０１４に配置されるスリーブシール４０１６を含み得る。これに加え、スリーブシール４０１６には、畝部、弾性嵌合連結、または中央外側エンクロージャ４００６が所定深度にのみ夫々のスリーブ４０１４に進入可能にするような何らかの他の形式のものも含まれ得る。

中央外側エンクロージャ４００６は、一体型設計であってもよく、内部室を画成する中央外側エンクロージャ４００６の取入口４０２２と吐出口４０２４との間の断面積が均一に減少する内壁で形成されてもよい。図示する例では、中央外側エンクロージャ４００６内の内部室は、第１の所定断面積の第１の区画４０２６と、第１の区画４０２６より小さい第２の所定断面積の第２の区画４０２８と、第２の区画４０２８より小さい第３の所定断面積の第３の区画４０３０とを含む。他の例において、中央外側エンクロージャ４００６の内部室は、均一にテーパ付けられてもよく、より少ないまたは多い数の段階的な内壁表面を含んでもよく、または全３つの区画４０２６、４０２８、および４０３０において均一な断面積を有してもよい。

内側エンクロージャ４００４は、中央外側エンクロージャ４００６の内部キャビティ内に配置されるハウジングであり得る。内側エンクロージャ４００４は、取入口ノズル４０３４、吐出口ノズル４０３６、タービンローター４０３８を含み得る。取入口ノズル４０３４、吐出口ノズル４０３６、およびタービンローター４０３８は、プラスチック、鋼鉄、炭素繊維、または耐水性の任意の他の剛性材料で形成されてもよい。図示する例では、取入口ノズル４０３４、吐出口ノズル４０３６、およびタービンローター４０３８の組み合わせは、内側エンクロージャ４００４の実質的に完全な外面を形成し、また、内側エンクロージャ４００４内部の内部キャビティも形成する。内側エンクロージャ４００４の内部キャビティ内に、ステーター４０４２、ローター４０４４、およびシャフト４０４６を含む発電機が配置され得る。

作動する間、所定範囲の圧力および速度を有する液体流動は、内側エンクロージャ４００４に進入するとともに、矢印４０５２が示すように、ハウジング４００２の中心軸線４０５０に実質的に平行に流動する。液体流動は、取入口ノズル４０３４によって、内側エンクロージャ４００４の内壁側に方向変更され、取入口ノズル４０３４を通ってタービンローター４０３８に流動し得る。液体流動がタービンローター４０３８を衝撃すると、ローター４０４４は、約４０００と約８０００との間の毎分回転数でシャフト４０４６の回りを回転し、それによってステーター４０４２において電流が誘起される。タービンローター４０３８との衝撃の後、液体流動は、液体流動が吐出口ノズル４０３６に到達するまで、回転するタービンローター４０３８によって、中心軸線４０５０に実質的に垂直に流動してもよい。後述するように、吐出口ノズル４０３６は、再び中心軸線４０５０に実質的に平行になるように液体流動を方向変更させ得る。これに加え、吐出口ノズル４０３６は、液体が実質的に乱流を含まない実質的に層流の流動を有するように、液体流動を排出し得る。

図４１は、内側エンクロージャ４００４、中央外側エンクロージャ４００６、第１の外側エンドキャップ４００８、第２の外側エンドキャップ４０１０、取入口ノズル４０３４、および吐出口ノズル４０３６を含む図４０の水力発電システム４０００の分解図である。スリーブシール４０１６およびスリーブ保持具４１０２も図示される。上述したように、スリーブシール４０１６は、中央外側エンクロージャ４００６が夫々の外側エンドキャップ４００８および４０１０に挿入される場合に、外側エンドキャップ４００８および４０１０と中央外側エンクロージャ４００６との間にシールを提供する。スリーブ保持具４１０２は、止め具を提供し、中央外側エンクロージャ４００６が、水力発電システム４０００の製造中に、所定距離だけ第１および第２の外側エンドキャップ４００８および４０１０のスリーブ４０１４に挿入可能であるようにする。

上述したように、内側エンクロージャ４００４は、取入口ノズル４０３４、タービンローター４０３８、および吐出口ノズル４０３６を含み、これらは、内側エンクロージャ４００４の外面および内側エンクロージャ４００４の内部キャビティを形成する。ステーター４０４２、磁石４１０４、保持部用リング４１０６、およびシャフト４０４６は、内側エンクロージャ４００４の内部キャビティに配置される。

磁石４１０４は、焼結もしくは接合されたネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）希土類磁石などの永久磁石であり得る。磁石４１０４は、構造に沿って構成された所望数のＮ極およびＳ極を備えた連続的な単一構造として形成され得る。代替的に、複数の別個の磁石が、所定形状で形成されてもよく、保持部用リング４１０６に整列および連結されてもよい。

保持部用リング４１０６は、磁石４１０４の磁界を濃縮して導くことが可能である鉄鋼または何らかの他の材料であってもよい。磁石４１０４は、保持部用リング４１０６との磁力によって、保持部用リング４１０６に連結され得る。付加的または代替的に、磁石４１０４は、磁石４１０４を保持部用リング４１０６に固定的に連結するために、接着剤、溶接、弾性嵌合、摩擦嵌合、または任意の他の機構により保持部用リング４１０６に連結されてもよい。磁石４１０４および保持部用リング４１０６の組み合わせは、発電機のローター４０４４を形成し得る。代替的に、保持部用リング４１０６を省略してもよく、発電機のローター４０４４は磁石４１０４であってもよい。

磁石４１０４がその中に取付けられる保持部用リング４１０６は、タービンローター４０３８の内面４１０８に取付けられてもよい。保持部用リング４１０６は、接着剤、超音波溶接、弾性嵌合、摩擦嵌合、または任意の他の連結機構によって、内面４１０８に連結されてもよい。ステーター４０４２は、シャフト４０４６に固定的に連結されてもよい。図示する例では、ステーター４０４２は、ステーターブッシュ４１１０を介して、シャフト４０４６と連結されてもよい。他の例において、ステーター４０４２は、シャフト４０４６と直接連結してもよい。

ステーター４０４２は、上述したように、１本以上の静止的巻線（図示せず）が巻回されたコアを各々が含む複数の磁極４１１２で形成され得る。ステーター４０４２は、所定のエアギャップをその間に含んでステーター４０４３の周囲に磁石４１０４が配置されるように、タービンローター４０３８に配置され得る。

ステーター４０４２およびローター４０４４は、小型水力発電システム４０００内の内部損失を最小化するように構成され得る。発電機における逆ＥＭＦまたは逆トルクは、発電機によって電力に供給される負荷と、発電機自体内における非効率との組み合わせにより引き起こされ得る。損失（例えば、負荷によって引き起こされない逆ＥＭＦ）を最小化するために、ステーター４０４２における磁極４１１２は、磁気エネルギを伝導するコアを含まずに（コアレス）か、または磁気エネルギを伝導するコアを含んで設計され得る。

ステーター４０４２が「コアレスステーター」として構成される場合、磁極４１１２の各々は、磁気エネルギを伝導しないプラスチックなどのコア材料上に巻回される巻線を含み得る。故に、磁石４１０４に対するステーター４０４２の磁力は、コア上の巻線のみが磁石４１０４に磁気的に引き付けられるだけであるため、大幅に低下する。故に、コギングトルク形式の逆ＥＭＦは、大幅に減少する。

ステーター４０４２が、磁気エネルギを伝導するコア材料を含む磁極４１１２を含む場合、各コアは、鉄などの磁気伝導材料で形成されてもよい。磁気伝導コアの各々は、磁気伝導材料の層で形成されてもよく、層は、コアを形成するためにまとめて連結される。また、磁石４１０４により産生された磁束が、磁気伝導材料により夫々の巻線に濃縮されるため、磁気伝導材料は、磁束濃縮器と呼ばれ得る。多層コアおよび磁石４１０４の各々の間の磁力により逆ＥＭＦ（コギングトルク）を最小化するために、多層コアにおける個別の層は、磁石４１０４の回転方向に相互にオフセットされて、概して、磁極４１１２の各々を伸長し得る。故に、磁石４１０４が磁極４１１２を通過して回転するように作動する間、磁極４１１２がより均一に分布しているため、磁石４１０４の磁界に対する磁力は、より均一に分布し、そしてコギングトルクが最小化される。

磁気伝導コアまたは磁束濃縮器は、磁石４１０４の磁界の濃縮を提供する。回転する磁界は、巻線において電力を生成する。磁気伝導コア（磁束濃縮器）には、コアレスステーターが存在しないため、磁気伝導コアを含む同等発電機に匹敵する電力出力を入手するために、比較的大きい巻線および比較的高いガウスの磁石が必要とされ得る。

また、上述したように、負荷以外によって生成される逆ＥＭＦも、巻線および／または小型水力発電システム４０００における移動部品間の摩擦損失を低減することによって最小化されてもよい。これに加え、発電機内における付加的な逆ＥＭＦは、上述したように、ステーターおよびローター磁極の種々の組み合わせを実装することによって、磁束濃縮器の排除によって、ならびに／あるいは各コイル／磁石におけるステーター磁極をオフセットすることによって最小化されることにより、濃縮された磁束を回避する。

ステーター４０４２は、湿潤または無水の状態で作動可能であり、その理由は、巻線を形成すべく使用されるワイヤ上のエナメル被覆などの非伝導材料により巻線がシールされ得るからである。代替的に、巻線は、プラスチック、ゴム、または何らかの他の耐水材料によって重ね成形され得る。

ローター４０４４およびステーター４０４２の組み合わせによれば、三相ＡＣ電力を発生する発電機を形成することができる。代替的に、発電機は、単相ＡＣ電力を発生してもよい。ステーター４０４２と磁石４１０４との間のエアギャップは、記述した例と同様に、シャフト４０４６と組み合わされた磁石４１０４の磁界によって維持され得る。ステーター４１０４は、シャフト４０４６に連結され得る。故に、タービンローター４０３８が回転し、ひいてはローター４０４４が回転すると、回転する磁界は、ステーター４０４２の巻線に電力の生成を誘起する。発電機によって生成された電力は、電源ライン４１１６に提供され得る。電源ライン４１１６は、ステーター４０４２の巻線に電気的に接続され得る。電源ライン４１１６は、中心軸線４０５０に沿ってシャフト４０４６を貫通させて延設された通路を通って経路設定され得る。電力に加え、ローター４０４４の回転および／または生成された電力を監視することにより、上述したように、流量に基づいて測定を行うことができる。

作動する間、タービンローター４０３８、ひいてはローター４０４４は、シャフト４０４６および中心軸線４０５０の回りを回転するように構成される。故に、タービンローター４０３８およびローター４０４４は、常に、中心軸線４０５０に実質的に垂直である面において回転する。第１の軸受４１２０は、タービンローター４０３８に連結され、取入口ノズル４０３４に近接するシャフト４０４６を囲繞するように配置される。第１の軸受４１２０に対向するタービンローター４０３８に軸受ホルダ４１２２が連結される。軸受ホルダ４１２２は、接着剤、溶接、摩擦嵌合、弾性嵌合、または任意の他の連結機構によって、タービンローター４０３８に固定的に連結され得る。排出ノズル４０３６に近接するシャフト４０４６を囲繞するように配置される第２の軸受け４１２６が軸受ホルダ４１２２に連結され、軸受ホルダ４１２２に含まれる軸受開孔４１２７に配置される。

第１および第２の軸受４１２０および４１２６の各々は、図４０に最も良く図示されるように、シャフト４０４６の一部分を環状的に囲繞する。軸受４１２０および４１２６は、タービンローター４０３８とともに回転し得るか、またはシャフト４０４６とともに静止したままであり得る。上述したように、第１および第２の軸受４１２０および４１２６は、玉軸受を含み得るか、または低摩擦接触面の形式であり得る。第１および第２の軸受４１２０および４１２６は、炭素グラファイト、テフロン（登録商標）、玉軸受、セラミック、超高分子（ＵＨＭＷ）ポリエチレン、またはローターシャフト１６６の回転に耐え得る他の同様の材料であり得る。第１および第２の軸受４１２０および４１２６は、外側ハウジング４００２を通って流動する液体によって潤滑および冷却され得る。

図４１において、タービンローター４１０８は、スリーブ４１２４を含むように形成され、軸受ホルダ４１２２は、スリーブ４１２４よりも若干大きい直径のカラーで形成され、軸受ホルダ４１２２のカラーがスリーブ４１２４を収容できるようにする。

液体は、取入口オリフィス４１３０を通って第１の外側エンドキャップ４００８に供給され得る。液体は、液体が供給されるシステムに応じて、所定の圧力および速度で供給され得る。例えば、いくつかの都市の公共用水施設は、約４１４ＫＰＡ（６０ｌｂｓ／平方インチ）と約８２７ＫＰＡ（１２０ｌｂｓ／平方インチ）との間の水圧で作動する。取入口オリフィス４１３０は、第１の外側エンドキャップ４００８を通って液体流動を中央外側エンクロージャ４００６に導入するために、中心軸線４０５０に垂直に、第１の外側エンドキャップ４００８の外面を貫通してもよい。

図４１において、第１の外側エンドキャップ４００８は、液体流動が取入口ノズル４０３４に到達する前に、中央外側エンクロージャ４００６内に液体流動をより同等に分配するために、２つの取入口オリフィス４１３０を含む。他の例において、任意の数の取入口オリフィス４１３０を使用してもよい。これに加え、第２の外側エンドキャップ４０１０は、外側ハウジング４００２の外に液体流動を導くために、出口オリフィス４１３２を含む。図４１において、第２の外側エンドキャップ４０１０は、中心軸線４０５０に実質的に垂直に、第２の外側エンドキャップ４０１０の外面を貫通する２つの吐出口オリフィス４１３２を含む。第２の外側エンドキャップ４０１０は、液体流動をより均等に分布させ、かつ第２の外側エンドキャップ４０１０内の圧力のいかなる蓄積も防止するために、２つの吐出口オリフィス４１３２を含んでもよい。他の例において、任意の数の吐出口オリフィス４１３２を含んでもよい。

別の例において、外側ハウジング４００２は、中央外側エンクロージャ４００６、第１の外側エンドキャップ４００８、および第２の外側エンドキャップ４０１０の機能性を含む単一の一体的な構成であってもよい。更に別の例では、外側ハウジング４００２は、図９と同様に、実質的に一様な断面積を有する通路がそこを通る単一の一体的な構成であってもよい。更に別の例において、取入口オリフィス４１３０および吐出口オリフィス４１３２は、インライン用途のために、実質的に平行および／または中心軸線４０５０上において、夫々の第１の外側エンドキャップおよび第２の外側エンドキャップの表面を貫通し得る。この例において、取入口オリフィス４１３０および吐出口オリフィス４１３２の各々は、多数の異なるサイズのオリフィスを含んでもよく、オリフィス４１３０および４１３２が、４．７６ｍｍ、９．５３ｍｍ、および１２．７ｍｍなどの多数の所定の直径のうちのいずれかの供給管および排水管を収容できるようにする。このような液体供給管は、小型水力発電システム４０００が受容する液体流動を供給し、このような排水管は、有意な背圧を生じることなく、小型水力発電システム４０００から液体流動を排出し得る。

図４２Ａおよび図４２Ｂは、例示的なタービンローター４０３８を図示する。図４２Ａは、取入口ノズル側からのタービンローター４０３８の図を図示し、図４２Ｂは、図４２Ａに図示するタービンローターの側断面図である。図示するタービンローター４０３８は、複数の翼板４２０２、基部４２０４、および軸受保持部４２０６を含むハウジングである。翼板４２０２、またはパドルは、中心軸線４０５０に実質的に垂直に、基部４２０４から突出するように形成される。翼板４２０２は、取入口ノズル４０３４（図４１）から液体流動を受容するように所定の形状で形成される。翼板４２０２は、基部４２０４と一体的に形成されてもよい。例えば、タービンローター４０３８がプラスチックで成形される場合、翼板４２０２は、タービンローター４０３８と翼板４２０２との形成を単一成形作業によって単一モールド内で形成可能にするように離間および形成され得る。

基部４２０４は、図４１に関連して既述したように、タービンローター４０３８の外面と、磁石４１０４が連結される内面４１０８とを形成する。基部４２０４は、スリーブ４１２４を含み、スリーブ４１２４は、上述したように、軸受ホルダ４１２２（図４１）との連結を可能にするように形成される。また、基部４２０４は、軸受保持部４２０６にも連結される。図４２Ｂにおいて、基部４２０４、軸受保持部４２０６、およびスリーブ４１２４は、単一の単独構造として形成される。他の例において、基部４２０４、軸受保持部４２０６、およびスリーブ４１２４は、固定的に連結される任意の数の別々の部品であってもよい。軸受保持部４２０６は、軸受開孔４２０８を画成するように形成される。軸受開孔４２０８は、中心軸線４０５０と同心に配置され、第１の軸受４１２０を収容するサイズを有してもよい。

図４１および図４２に更に図示するように、一例において、第１および第２の軸受４１２０および４１２８は、軸受保持部４２０６の軸受開孔４２０８および軸受ホルダ４１２２の軸受開孔４１２７よりも大きい直径を有する第１のフランジを含むように形成され得る。これに加え、第１および第２の軸受４１２０および４１２８は、軸受開孔４２０８および軸受開孔４１２７の夫々とほぼ同一のサイズである第２のフランジを含むように構成され得る。故に、第１および第２の軸受４１２０および４１２８は、軸受開孔４２０８および軸受開孔４１２７に夫々配置されてもよく、第２のフランジは、夫々の軸受開孔４２０８および４１２７を通って突出する。第１のフランジは、第１および第２の軸受４１２０および４１２８が夫々の軸受開孔４１２７および４２０８に更に進まないようにするために、止め具として作動可能であり得る。

図４３Ａ、図４３Ｂ、図４３Ｃ、および図４３Ｄは、例示的な取入口ノズル４０３４を図示する。図４３Ａは、取入口チャネル４３０２を示す取入口ノズル４０３４の正面図である。図４３Ｂは、図４３Ａに図示する取入口ノズル４０３４の破断側面図である。図４３Ｃおよび図４３Ｄは、２つの異なる視点からの、図４３Ａに図示する取入口ノズル４０３４の一部の斜視平面図である。取入口チャネル４３０２は、取入口スロット入口４３０４および取入口スロット出口４３０６を含むように、取入口スロットとして形成される。取入口チャネル４３０２を備えて形成される取入口スロットは、内壁４３２２および外壁４３２４を含む。図４３Ｃおよび図４３Ｄに最も良く図示されるように、内壁および外壁４３２２および４３２４は、取入口スロット入口４３０４とスロット出口４３０６との間で幅広部から狭窄部へとテーパ付けされて、取入口スロット入口４３０４の断面積が、スロット出口４３０６の断面積の少なくとも２倍になる。

断面積の減少によって、液体が取入口スロット入口４３０４に進入する際の液体流動の圧力および速度に基づいて、所定量だけ液体流動の圧力および速度が増加する。液体の圧力および速度が液体供給源に応じて変動し得るため、取入口スロット入口４３０４対スロット出口４３０６の比率を使用して、所望の速度および圧力増加に実質的に近い圧力および速度増加の範囲を取得してもよい。一例において、液体が水である場合、取入口スロット入口４３０４対取入口スロット出口４３０６の比率は、４１４ＫＰＡ（６０ｌｂｓ／平方インチ）、毎分４．５４６リットル（１ガロン）の期待液体流速において、８：１である。

液体の特徴ならびに異なる液体供給源の流速および圧力が変動し得るため、広範な液体供給源の流速および圧力が、流体動的モデルを使用して異なる比率の特定の液体に対して確立され得る。タービンローター４０３８（図４０）の特徴、発電機上の期待負荷、および小型水力発電システム４０００内の損失に基づいて、スロット出口４３０６における液体流動の所望の速度および圧力の範囲を決定してもよい。スロット出口４３０６における液体流動の所望の速度および圧力の範囲を使用して、液体供給源の期待範囲の圧力および流速に基づいて、取入口スロット入口４３０４対取入口スロット出口４３０６の比率は、流体動的モデル技法を使用して獲得され、これにより、スロット出口４３０６における所望の速度および圧力を達成する。

テーパ付けられることに加えて、取入口チャネル４３０２の内壁および外壁４３２２および４３２４の各々は、液体流動がスロット出口４３０６から押し出される際に、中心軸線４０５０に対して約４５度だけ、液体流動の方向を変更する所定の円弧を有するように形成されてもよい。内壁４３２２および外壁４３２４の各々の所定の円弧は、流動方向を変更するとともに、乱流または他の非層流特性の液体流動への誘導を最小化するように形成される。

図４３Ｃおよび図４３Ｄに最も良く図示されるように、取入口チャネル４３０２の内壁４３２２は、内側の円弧を形成し、外壁４３２４は、外側の円弧を形成する。内側円弧の表面は、第１の曲率半径によって規定される。外側円弧の表面は、第２の曲率半径によって規定される。一例において、内側円弧の第１の曲率半径は、対応する外側円弧の第２の曲率半径より短くなり得る。この例において、第１の曲率半径は、夫々の円弧に沿ったあらゆる点において、第２の曲率半径よりも短くなり得る。これに加え、テーパによって、第１の曲率半径から第２の曲率半径の間の距離は、取入口スロット入口４３０４からスロット出口４３０６の間で連続的または非連続的に減少し得る。

内側円弧を形成する内壁４３２２は、第１の円弧区画４３２６および第２の円弧区画４３２８を含む。第１の円弧区画４３２６は、取入口チャネル４３０２に配置され、第２の円弧区画４３２８は、スロット出口４３０６に配置される。第１の円弧区画４３２６および第２の円弧区画４３２８は、内壁４３２２における１つの連続的円弧として形成され得ない。代わりに、一例において、第１の円弧区画４３２６は、第２の円弧区画４３２８とは異なる曲率半径で内壁４３２２に形成されてもよい。代替的に、第１の円弧区画４３２６は、ある曲率半径で内壁４３２２に形成されてもよく、第２の円弧区画４３２８は、内壁４３２２の平坦部分として形成されてもよい。更に別の代替において、第１の円弧区画４３２６および第２の円弧区画４３２８は、同一の曲率半径で内壁４３２２に形成されてもよい。

作動する間、取入口チャネル４３０２を通って流れる液体は、スロット出口４３０６から流れとして押し出される。液体流動の第１の部分は、第２の円弧区画４３２８に到達する前に（または、到達時に）取入口チャネル４３０２を離れ得る。液体流動の第２の部分は、第２の円弧区画４３２８を通過して流れた後に、取入口チャネル４３０２を離れ得る。液体は、スロット出口４３０６を離れて、タービンローター４０３８の翼板を衝撃する。一例において、液体流動の大部分は、第２の円弧区画４３２８との接触後に取入口チャネル４３０２を離れ、液体流動のごく一部は、第２の円弧区画４３２８との接触前または接触時に、取入口チャネル４３０２を離れる。故に、比較的少量の運動エネルギが、液体流動の第１の部分によってタービンローター４０３８の回転エネルギに伝達され、その後、運動エネルギの比較的大きい伝達が、液体流動の第２の部分によって行なわれる。故に、液体流動からタービンローター４０３８への運動エネルギの滑らかな移行が発生し、液体流動における乱流および他の非層流特性が最小化される。代替的に、液体流動の第１の部分および液体流動の第２の部分は、均一な非乱流の同様の結果をもたらすように、実質的に同一であり得る。

翼板４２０２との衝撃は、中心軸線４０５０に対して約４５度だけ、液体流動の方向を更に変更する。液体流動のこの方向変更は、液体流動からタービンローター４０３８の回転への運動エネルギの伝達を最大化する。故に、取入口チャネル４３０２を通って導かれて翼板４２０２を衝撃した後に、液体流動の方向は、中心軸線４０５０に実質的に垂直である方向に流動するように変更され（中心軸線４０５０に対して約９０度だけ変更され）、運動エネルギの大部分は、タービンローター４０３８に伝達される。

方向変更の前および後において、液体流動の乱流および／または他の非層流特性が、液体流動に存在し得る。故に、液体流動の方向は、中心軸線４０５０に実質的に平行な流動から、中心軸線４０５０に実質的に垂直な流動に変更する。これに加え、方向変更の後の液体における乱流および／または他の非層流特性の大きさは、方向変更前よりも有意であり得るが、液体流動は、中心軸線４０５０に実質的に垂直に流動するように方向を変更している。故に、液体流動は、取入口スロット入口４３０４と取入口スロット出口４３０６との間で、圧力および速度の所定の増加と、液体流動の方向の第１の所定の変更とを受け、液体流動は、タービンローター４０３８との衝撃時に、液体流動の方向の第２の所定の変更を受ける。

図４３Ａおよび図４３Ｂに図示するように、取入口ノズル４０３４は、例えば、図４３Ａにおいて点線で図示するように、複数の取入口チャネル４３０２も含んでもよい。取入口チャネル４３０２は、中央外側エンクロージャ４００６（図４０）に進入する液体流動の一部分を各々が受容するように、取入口ノズル４０３４の周囲に分布させられ得る。取入口チャネル４３０２の各々は、同様に、所定の圧力および速度によって液体流動を増加させるとともに、所定の入射角度でタービンローター４０３８と衝撃するように液体流動の方向を変更する。

また、取入口ノズル４０３４は、カバー４３０８、複数のリブ４３１０、および取入口シャフトスリーブ４３１２も含んでもよい。リブ４３１０およびカバー４３０８は、取入口シャフトスリーブ４３１２の位置を固定的に保持するように構成される。これに加え、リブ４３１０は、中心軸線４０５０（図４１）に実質的に平行に中央外側エンクロージャ４００６（図４０）に進入する液体流動が及ぼす圧力に対して、カバー４３０８を補強する。他の例において、カバー４３０８の構造的補強が、軸方向および／または回転トルクに対して取入口シャフトスリーブ４３１２を固定的に保持することおよび液体流動の圧力に耐えることを必要としない場合、リブ４３１０を省略してもよい。

作動する間、先端などのカバー４３０８の外面は、上述したように、中心軸線４０５０に実質的に平行に流れる液体流動に接触し、中央外側エンクロージャ４００６の内壁に対して外側に液体流動を方向変更する。方向変更されると、液体流動は、取入口スロット入口４３０４に進入するが、依然として中心軸線４０５０に平行に流動する。取入口スロット入口４３０４への進入後、液体流動の方向は、取入口チャネル４３０２の取入口スロットを画成する壁によって中心軸線４０５０から離れる方向に方向変更され、そして、液体流動の圧力および速度は、所定量だけ増加させられる。故に、液体流動は、実質的に所定の圧力および速度でスロット出口４３０４を退出し、タービンローター４０３８の翼板４２０２に衝当する。翼板４２０２との衝撃後、液体は、中心軸線４０５０に実質的に垂直な方向に流れる。

取入口シャフトスリーブ４３１２は、第１の軸受４１２０（図４１）の中央開孔を係合し、かつそれにより部分的に包囲されるように形成される。また、取入口シャフトスリーブ４３１２は、キースロット４３１４も含む。キースロット４３１４は、シャフト４０４６（図４１）を収容するように形成される。一例において、キースロット４３１４は、図示されるような三日月状のオリフィスでキーを掛けられ得る。同様の形状の特徴を有するシャフト４０４６をキースロット４３１４に挿入すると、シャフト４０４６ひいてはステーター４０４２は、タービンローター４０３８が回転する際に固定されたままであり得る。また、取入口ノズル４０３４は、ストラット４３１６も含み得る。ストラット４３１６は、中心軸線４０５０（図４１）と同心であり、かつ第１の区画４０２６（図４０）内の中央外側エンクロージャ４００６の内壁と係合するように構成され得る。具体的には、取入口ノズル４０３４は、第１の区画４０２６の外周に配置され、図４０に最も良く図示されるように、ストラット４３１６が、第１の区画４０２６と、断面積がより小さい第２の区画４０２８との間に形成される肩部に対して接合されるようにする。

図４０〜図４２を再び参照すると、中心軸線４０５０に実質的に垂直である方向に流れる高圧および高速の液体流動は、取入口ノズル４０３４によって、タービンローター４０３８の翼板４２０２に方向付けられる。タービンローター４０３８の翼板４２０２は、取入口ノズル４０３４、吐出口ノズル４０３６、タービンローター４０３８の基部４２０４、および中央外側エンクロージャ４００６の第２の区画４０２８の内壁の組み合わせによって形成される中央チャネル４０５４に配置される。液体流動は、スロット出口４３０６から押し出され、中心軸線４０５０に実質的に垂直な平面において発電機を回転させて電流を生成するために、液体流動における運動エネルギを翼板４２０２に伝達するように翼板４２０２を衝撃する。翼板４２０２との衝撃後、液体は、実質的に同一の方向に、実質的に中央チャネル４０５４内における回転するタービンローター４０３８の速度で、吐出口ノズル４０３６に流れる。

図４４Ａ、図４４Ｂ、図４４Ｃ、および図４４Ｄは、例示的な吐出口ノズル４０３６を図示する。図４４Ａは、吐出口チャネル４４０２を示す吐出口ノズル４０３６の正面図であり、図４４Ｂは、図４４Ａに図示される吐出口ノズル４０３６の破断側面図であり、図４４Ｃおよび図４４Ｄは、２つの異なる視点からの、図４４Ａに図示される吐出口ノズル４０３６の一部の斜視平面図である。吐出口チャネル４４０２は、吐出口スロット入口４４０４および吐出口スロット出口４４０６を含むように、吐出口スロットとして形成される。取入口チャネル４３０２と対向して、吐出口チャネル４４０２を備えて形成される吐出口スロットは、内壁４４２２および外壁４４２４を含む。図４１、図４４Ｃ、および図４４Ｄに最も良く図示されるように、内壁および外壁４４２２および４４２４は、吐出口スロット入口４４０４と吐出口スロット出口４４０６との間で狭窄部から幅広部にテーパが付けられ、吐出口スロット入口４４０４の断面積は、図４１、図４４Ｃ、および図４４Ｄに最も良く図示されるように、吐出口スロット出口４４０６の断面積の約０．５から約８倍までの範囲であるようにする。一例において、吐出口スロット出口４４０６の断面積は、吐出口スロット入口４４０４の断面積の約４倍である。別の例において、吐出口スロット出口４４０６の断面積は、吐出口スロット入口４４０４の断面積の約５倍である。

断面積の拡大によって、液体が吐出口スロット入口４４０４に進入する際の液体流動の圧力および速度に基づいて、所定量だけ液体流動の圧力および速度が減少する。中央チャネル４０５４における液体流動の圧力と、吐出口ノズル４０３６における液体流動の圧力との圧力差は、小型水力発電システム４０００によって液体流動から抽出されることが望まれる電力量に基づいて決定され得る。生成される電力量が多いほど、圧力降下が高くなるはずである。一例において、中央チャネル４０５４と吐出口ノズル４０３６との間の液体圧力の圧力降下は、約３４ＫＰＡ（５ｌｂｓ／平方インチ）から約２７５ＫＰＡ（４０ｌｂｓ／平方インチ）の間であり得る。図４４Ａ、図４４Ｃ、および図４４Ｄに図示される例では、吐出口スロット入口４４０４および吐出口スロット出口４４０６は、中心軸線４０５０に平行である平面に沿って部分的に整列させられ、中央チャネル４０５４と中央外側エンクロージャ４００６の第３の区画４０３０との間で所望の圧力差を提供するようにする。

故に、中央チャネル４０５４（図４０）を流れる液体は、中央外側エンクロージャ４００６（図４０）の第３の区画４０３０における圧力低下によって、吐出口スロット入口４４０４に容易に進入する。液体の圧力および速度が、取入口チャネル４０３４の構成および液体供給源に応じて変動し得るため、流体力学モデルおよび吐出口スロット入口４４０４対吐出口スロット出口４４０６の比率を使用して、所望の範囲の速度および圧力降下に実質的に近い圧力および速度の範囲を獲得し得る。

テーパが付けられることに加えて、吐出口チャネル４４０２の内壁および外壁４４２２および４４２４は、図４１、図４３Ａ、図４３Ｃ、および図４３Ｄに最も良く図示されるように、中央チャネル４０５４（図４０）を流れる間に中心軸線４０５０に実質的に垂直から、中心軸線４０５０に実質的に平行であるように液体流動の方向を変化させる所定円弧を有するようにも形成される。内壁４４２２の所定円弧は、外壁４４２４の曲率半径を画成する所定円弧よりも大きい曲率半径を画成する。これに加え、内壁４４２２の所定円弧と外壁４４２４の所定円弧との間の距離は、吐出口スロット入口４４０４と吐出口スロット出口４４０６との間で連続的または非連続的に増加し得る。故に、内壁４４２２および外壁４４２４は、流動方向を変更するように協働して作動するとともに、乱流または非層流特性の液体流動への誘導を最小化するように形成される。

液体流動の方向変化前または後に、乱流および／または他の非層流特性が、液体流動に存在し得る。故に、液体流動の方向は、中心軸線４０５０に実質的に垂直な流動から、中心軸線４０５０に実質的に平行な流動に変更される。これに加え、方向変更の後の液体における乱流および／または他の非層流特性の大きさは、方向変更前よりも多少有意であり得るが、液体流動は、中心軸線４０５０に実質的に平行に流動するように方向を変更している。故に、液体流動は、吐出口スロット入口４４０４とスロット出口４４０６との間で圧力および速度の所定の減少と、液体流動の方向の所定の変更とを受ける。

図４４Ａおよび図４４Ｂにおいて、吐出口ノズル４０３６は、例えば、図４４Ａにおいて点線で図示されるように、複数の吐出口チャネル４４０２も含んでもよい。吐出口チャネル４４０２は、中央チャネル４０５４（図４０）からの液体流動の一部分を各々が受容するように、吐出口ノズル４０３６の周囲に分配され得る。吐出口チャネル４４０２の各々は、同様に、液体流動の圧力および速度の減少を提供するとともに、中心軸線４０５０に実質的に平行であるように液体流動の方向を変更し得る。

また、吐出口ノズル４０３６は、カバー４４０８、複数のリブ４４１０、および吐出口シャフトスリーブ４４１２も含んでもよい。リブ４４１０およびカバー４４０８は、吐出口シャフトスリーブ４４１２の位置を固定的に保持するように構成される。これに加え、リブ４４１０は、シャフト４０４６（図４０）に及ぼす軸方向および回転方向または角方向の力に対して、カバー４３０８を補強する。他の例において、カバー４４０８の構造的補強が、吐出口シャフトスリーブ４４１２を固定的に保持することと、軸方向および回転方向のトルクに耐えることを必要としない場合、リブ４４１０を省略してもよい。

作動する間、液体は、吐出口スロット入口４４０４に到達するまで、中央チャネル４０５４（図４０）における発電機の外部の周囲を環状的に流れる。吐出口スロット入口４４０４が中央チャネル４０５４（図４０）よりも低い圧力にあるので、中央チャネル４０５４における液体流動は、吐出口スロット入口４４０４に進入する。吐出口スロット入口４４０４への進入後、液体流動の方向は、吐出口チャネル４４０２の吐出口スロットを画成する内壁および外壁４４２２および４４２４によって、中心軸線４０５０に実質的に垂直であることから離れる方向に方向変更され、液体流動の圧力および速度は、吐出口チャネル４４０２の断面積増加によって減少する。故に、液体流動は、実質的に所定の圧力および速度で吐出口スロット出口４４０６を退出し、翼板４２０２（図４２Ａ）の回転に実質的に垂直な方向に流れる。

吐出口シャフトスリーブ４４１２は、第２の軸受４１２２（図４１）の中央開孔を、第２の軸受４１２２の中央開孔に配置される吐出口シャフトスリーブ４４１２の外面と係合するように形成される。また、吐出口シャフトスリーブ４４１２は、ネジなどの締結具を収容するように形成される通路４４１４も含み得る。図４０を再び参照すると、締結具４０５６は、吐出口ノズル４０３６の通路に図示される。締結具４０５６は、ネジまたはシャフト４０４６に連結可能である何らかの他の機構であってもよい。故に、シャフト４０４６は、締結具４０５６がネジ山付きネジである場合に、ネジ山付き開孔などを有する締結具４０５６を収容するように構成される。

締結具４０５６とシャフト４０４６との間の連結は、翼板４２０２（図４２）が回転可能に配置される中央チャネル４０５４の幅を調整するように調整され得る。言い換えると、締結具４０５６を使用して、取入口ノズル４０３４に対する吐出口ノズル４０３６の位置を調整し得る。好ましくは、吐出口ノズル４０３６と取入口ノズル４０３４との間の距離は、タービンローター４０３８の翼板４２０２が、中心軸線４０５０に垂直な平面において中央チャネル４０５４内を自由に回転可能になるように調整される。

再び図４４Ａ〜図４４Ｄを参照すると、取入口ノズル４０３４と同様に、吐出口ノズル４０３６は、ストラット４４１６も含み得る。ストラット４４１６は、中心軸線４０５０と同心であり、かつ第２の区画４０２８（図４０）内の中央外側エンクロージャ４００６の内壁と係合するように構成され得る。具体的には、吐出口ノズル４０３６は、第２の区画４０２８の外周に配置され、図４０に最も良く図示されるように、ストラット４４１６が、第２の区画４０２８と、断面積がより小さい第３の区画４０３０との間に形成される肩部に対して接合されるようにする。

図４０〜図４２を再び参照すると、翼板４２０２との衝撃後、液体は、実質的に同一の方向に、実質的に中央チャネル４０５４内の回転タービンローター４０３８の速度で流れる。中心軸線４０５０に実質的に垂直な方向に吐出口チャネル４４０２の翼板４２０２を有する発電機の外周の周囲を循環するときに、液体流動は、圧力差によって、吐出口スロット入口４４０４に進入し、吐出口ノズル４０３６を通って吐出口スロット出口４４０６に導かれる。吐出口スロット出口４４０６に導かれる途中に、圧力は、所定値まで減少し、速度は、所定値まで減少し、液体流動の方向は、中心軸線４０５０に実質的に平行であるように戻される。液体流動が、中心軸線４０５０に平行に流れるように戻されると、液体流動における乱流および他の非層流挙動は、吐出口チャネル４４０２の構成によって最小化される。液体流動における非層流挙動の最小化により、所定の低い圧力および速度は、作動中、常に維持され得る。

具体的な例示的実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、これらの実施形態の種々の修正および変更が可能であることが明らかであろう。全ての同等物を含む、次の特許請求の範囲が、本発明の精神および範囲を規定することが意図されている。

Claims (53)

1. 小型水力発電システムであって、
   内部室を画定するエンクロージャと、
   該内部室に配置された発電機であって、該発電機は、ハウジング、永久磁石を含む該ハウジング内に配置されたローター、コイルを含む該ハウジング内に配置されたステーター、および、該ハウジングの外面に対して垂直に延在するように配置された複数の翼板を含み、該発電機は、該エンクロージャの中心軸線の回りを同軸的に回転することにより、該永久磁石の磁界によって該コイルに電流を誘起するように構成されている、発電機と、
   該エンクロージャに結合され、かつ、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行な第１の方向に流れる液体流動を受容するように構成された取入口ノズルであって、該取入口ノズルは、取入口チャネルを含み、該取入口チャネルは、該液体流動を所定の速度まで増加させ、かつ、該液体流動を該第１の方向に常に実質的に垂直な第２の方向に流れさせるようにテーパ付けされ、該液体流動は、該複数の翼板に方向付けられることにより、該発電機を該エンクロージャの該中心軸線の回りを同軸的に回転させる、取入口ノズルと、
   該エンクロージャに結合された吐出口ノズルであって、これにより、該ハウジングが該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に配置され、該吐出口ノズルは、吐出口チャネルを含み、該吐出口チャネルは、該液体流動を受容し、該速度を所定のより低い速度まで低減させ、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に該エンクロージャから該液体流動を誘導するようにテーパ付けされている、吐出口ノズルと
   を含む、システム。
2. 前記取入口チャネルは、取入口スロット入口および取入口スロット出口を含む取入口スロットを含み、該取入口スロット入口の断面積は、該取入口スロット出口の断面積の少なくとも２倍の大きさである、請求項１に記載の小型水力発電システム。
3. 前記吐出口チャネルは、吐出口スロット入口および吐出口スロット出口を含む吐出口スロットを含み、該吐出口スロット出口の断面積は、該吐出口スロット入口の断面積よりも大きく、かつ、該吐出口スロット入口の断面積の約８倍までの大きさである、請求項１に記載の小型水力発電システム。
4. 前記取入口ノズルおよび前記吐出口ノズルは、それらの間に中央チャネルを形成するように配置され、前記複数の翼板は、該中央チャネル内に配置され、該中央チャネルは、前記エンクロージャの前記中心軸線に垂直である前記ハウジングの少なくとも一部分を環状的に囲繞するように形成されている、請求項１に記載の小型水力発電システム。
5. 前記取入口チャネルは、前記液体流動を方向付けることにより、前記複数の翼板に対して所定の角度で前記中央チャネルに進入させるように構成され、前記吐出口チャネルは、該中央チャネルから該液体流動を受容するように構成され、該中央チャネルは、該取入口チャネルと該吐出口チャネルとの間にある前記複数の翼板によって、該中央チャネルにおける所定の距離に該液体流動を誘導するように構成されている、請求項４に記載の小型水力発電システム。
6. 小型水力発電システムであって、
   内部室を画定するエンクロージャと、
   該内部室に配置された発電機であって、該発電機は、複数の翼板、永久磁石を含むローター、および、コイルを含むステーターを含み、該発電機は、回転することにより、該永久磁石の磁界によって該コイルに電流を誘起するように構成されている、発電機と、
   該エンクロージャに結合された取入口ノズルであって、該取入口ノズルは、第１の方向に流れる液体流動を受容し、該液体流動を該複数の翼板に衝当し、かつ、該第１の方向に常に実質的に垂直である第２の方向に流れるように誘導するように構成され、該発電機は、該液体流動によって該第２の方向に回転するように構成されている、取入口ノズルと、
   該エンクロージャに結合された吐出口ノズルであって、これにより、該複数の翼板が該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に配置され、該吐出口ノズルは、該第２の方向に流れる該液体流動を受容し、該液体流動を方向付けて実質的に該第１の方向に再び流れるように誘導するように構成されている、吐出口ノズルと
   を含む、システム。
7. 前記翼板は、前記取入口ノズルおよび前記吐出口ノズルによって形成された中央チャネル内に配置され、該取入口ノズルは、該複数の翼板に対して所定の角度で該中央チャネルに進入させるように前記液体流動を方向付ける取入口スロット出口を含み、前記吐出口ノズルは、該チャネルから該液体流動を受容するように構成された吐出口スロット入口を含み、該取入口スロット出口を退出する該液体流動は、該液体流動が該吐出口スロット入口に進入する前に前記発電機の周囲で所定の距離を流れる、請求項６に記載の小型水力発電システム。
8. 中央チャネルが、前記取入口ノズルと前記吐出口ノズルとの間に配置され、前記複数の翼板は、該中央チャネルに配置され、かつ、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に前記液体流動を受容するように構成され、該中央チャネルは、前記第１の方向に垂直な平面において前記エンクロージャの少なくとも一部分を環状的に囲繞するように形成されている、請求項６に記載の小型水力発電システム。
9. 前記取入口ノズルは、内壁および外壁を含み、各々は所定の曲率半径の円弧によって形成され、該内壁の該円弧の該所定の曲率半径は、該外壁の該円弧の該所定の曲率半径よりも小さい、請求項６に記載の小型水力発電システム。
10. 前記取入口ノズルは、内壁および外壁を含み、該内壁は、第１の所定の曲率半径を有する第１の円弧と、該第１の円弧の該第１の所定の曲率半径とは異なる第２の所定の曲率半径を有する第２の円弧とを含む、請求項６に記載の小型水力発電システム。
11. 小型水力発電システムにおいて液体流動を誘導する方法であって、該方法は、
    コイルを含むステーター、永久磁石を含むローター、および、複数の翼板を含む発電機を提供することと、
    第１の方向に流れる液体流動を受容することと、
    取入口ノズルによって該液体流動の速度を増加させることであって、該取入口ノズルは、該取入口ノズルの取入口チャネルと吐出口チャネルとの間で幅広部から狭窄部へとテーパ付けされている、ことと、
    該複数の翼板に衝突するように該液体流動を方向付けることと、
    該複数の翼板との衝突時に、該第１の方向から第２の方向に該液体流動を変更することであって、該第２の方向は、該第１の方向に常に実質的に垂直である、ことと、
    該液体流動内において該第２の方向に該発電機を回転させて、該コイルに電流を生成することと、
    該第２の方向から該第１の方向に該液体流動を変更して戻すことと、
    吐出口ノズルによって該液体流動の該速度を減少させることであって、該吐出口ノズルは、該吐出口ノズルの取入口チャネルと吐出口チャネルとの間で狭窄部から幅広部へとテーパ付けされている、ことと
    を含む、方法。
12. 第１の方向に流れる液体流動を受容することは、中心軸線に実質的に平行に流れる該液体流動を受容することを含み、前記発電機は該中心軸線の回りを同軸的に回転する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記液体流動内の前記第２の方向に前記発電機を回転させることは、該発電機が回転させられるのと実質的に同一の速度で該発電機の外面の周囲を流れるように該液体を誘導することを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記液体流動の前記速度を低減させることは、前記第１の方向に実質的に平行である層流を有するように該液体流動を誘導することを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 小型水力発電システムであって、
    外面を含むハウジングと、
    該ハウジングの該外面の一部分を形成する取入口ノズルと、
    該ハウジングの該外面の一部分をまた形成する吐出口ノズルと、
    基部とともに形成された複数のパドルであって、該基部は、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に回転可能に配置され、それにより、該パドルは、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に形成された中央チャネルにおいて該基部から外側に延在する、パドルと、
    該ハウジング内に配置されたステーターとローターとを含む発電機であって、該ローターは該基部に結合され、該ステーターは該ローターに近接して回転不可能に配置されている、発電機と
    を含む、システム。
16. 前記取入口ノズルは、第１の方向に流れる液体流動を受容し、かつ、所定の角度で前記パドルを衝撃するように該液体流動を前記中央チャネルに誘導するように構成された取入口チャネルを含み、該液体流動は、衝撃後に該第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に前記中央チャネル内を流れる、請求項１５に記載の小型水力発電システム。
17. 前記取入口ノズルは、前記ハウジングの中心軸線に実質的に平行な方向に流れる液体流動を受容し、該方向から約４５度だけ該液体流動を方向変更し、前記中央チャネルにおける前記パドルを衝撃するように該液体流動を方向付けるように構成された取入口チャネルを含み、該パドルは、該方向に垂直に該中央チャネルにおいて回転可能である、請求項１５に記載の小型水力発電システム。
18. 前記取入口ノズルは、内壁、外壁、および、取入口スロット出口を含む取入口チャネルを含み、該内壁は、第１の所定の曲率半径を有する第１の円弧と、該第１の円弧の該第１の所定の曲率半径とは異なる第２の所定の曲率半径を有する第２の円弧とを含み、該第１の円弧は、該取入口スロット出口からの前記液体流動の第１の部分を方向付けるように構成され、前記第２の円弧は、該取入口スロット出口からの該液体流動の第２の部分を方向付けるように構成されている、請求項１５に記載の小型水力発電システム。
19. 小型水力発電システムであって、
    外側ハウジングと、
    該外側ハウジング内に配置された内側ハウジングであって、該内側ハウジングは、該外側ハウジングと固定的に結合された取入口ノズルおよび吐出口ノズルを含み、
    該内側ハウジングは、該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に形成された中央チャネル内に配置された複数のパドルを含むタービンローターをさらに含み、該取入口ノズルおよび該吐出口ノズルは、該タービンローターの一部分を囲繞するように構成され、
    該取入口ノズル、該吐出口ノズル、および、該タービンローターの組み合わせは、該内側ハウジングと、該内側ハウジングの内部のキャビティとを形成するように構成されている、内側ハウジングと、
    該取入口ノズルおよび該吐出口ノズルに回転不可能に結合され、かつ、該内側ハウジングを通って延在するセンタリングロッドであって、該タービンローターは、該センタリングロッドの回りを該外側ハウジング内において回転可能である、センタリングロッドと
    を含む、システム。
20. 永久磁石およびステーターを含む発電機をさらに含み、該永久磁石は、前記タービンローターの内面に結合され、該ステーターは、該永久磁石が該ステーターの回りを回転するように前記センタリングロッドに結合されている、請求項１９に記載の小型水力発電システム。
21. 小型水力発電システムであって、
    内部室を画定するエンクロージャと、
    該内部室に配置された取入口ノズルであって、第１の方向の液体流動の流れを受容し、かつ、該第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に流れるように該液体流動を誘導する取入口ノズルと、
    該取入口チャネルの下流で該内部室に配置された複数の翼板であって、該複数の翼板は、該第２の方向の液体流動によって該内部室内で回転可能であり、該複数の翼板は、発電機内に含まれ、該発電機は、電力を生成するように動作可能な発電機を形成するように配置されたローターおよびステーターをも含む、複数の翼板と、
    該取入口ノズルおよび該複数の翼板の下流で該内部室に配置された吐出口ノズルであって、該吐出口ノズルは、該第２の方向に流れる該液体流動を受容し、かつ、該液体流動を実質的に該第１の方向に再び流れさせるように構成されている、吐出口ノズルと
    を含む、小型水力発電システム。
22. 前記発電機は、前記液体流動によって前記第２の方向に回転するように構成されている、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
23. 前記ローターおよび前記ステーターのうちの一方は、前記複数の翼板に結合された前記内部室内に配置され、該ローターおよび該ステーターのうちの他方は、前記エンクロージャの外部の配置されている、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
24. 前記ローターおよび前記ステーターのうちの一方は、永久磁石を含み、該ローターおよび該ステーターのうちの他方は、コイルを含み、該ローターおよび該ステーターのうちの一方は、前記複数の翼板とともに回転することにより、該永久磁石の磁界によって該コイルに電流を誘起するように動作可能である、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
25. 前記ローターおよび前記ステーターは、前記内部室内に配置され、該ローターおよび該ステーターのうちの一方は、前記翼板に結合され、それとともに回転する、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
26. 前記取入口ノズルおよび前記吐出口ノズルの各々は、前記液体流動の方向を変化させるように所定の円弧に形成されたチャネル壁を含む、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
27. 前記取入口ノズルおよび前記吐出口ノズルは、前記液体流動を受容し、かつ、誘導するスロットとともに形成され、該取入口ノズルとともに形成されたスロットは、該取入口ノズルの吐出口においてよりも該取入口ノズルの取入口においてより幅広になるようにテーパ付けされており、該吐出口ノズルとともに形成されたスロットは、該吐出口ノズルの取入口においてよりも該吐出口ノズルの吐出口においてより幅広になるようにテーパ付けされている、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
28. 前記複数の翼板は、前記第１の方向の液体流動に実質的に垂直な平面において前記内部室内で回転可能である、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
29. 前記発電機は、前記第２の方向に流れる前記液体流動と実質的に同じ速度で回転する、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
30. 前記複数の翼板、前記取入口ノズル、前記吐出口ノズルは、前記ローターおよび前記ステーターのうちの少なくとも１つが配置された内側エンクロージャを形成するように協働的に動作する、請求項２１に記載の小型水力発電システム。
31. 小型水力発電システムであって、
    内部室を画定するエンクロージャと、
    該内部室内に配置された発電機であって、該発電機は、ハウジング、永久磁石を含む該ハウジング内に配置されたローター、コイルを含む該ハウジング内に配置されたステーター、および、該ハウジングの外面に対して垂直に延在するように配置された複数の翼板を含み、該発電機は、該エンクロージャの中心軸線の回りを同軸的に回転することにより、該永久磁石の磁界によって該コイルに電流を誘起するように構成されている、発電機と、
    該エンクロージャに結合され、かつ、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に流れる液体流動を受容するように構成された取入口ノズルであって、該取入口ノズルは取入口チャネルを含み、該取入口チャネルは、該液体流動を所定の圧力および速度に調整し、かつ、該エンクロージャの該中心軸線の回りの該発電機の同軸的な回転の方向に流れるように、該所定の圧力および速度の該液体流動を方向付ける、取入口ノズルと、
    該エンクロージャに結合された吐出口ノズルであって、これにより、該ハウジングが該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に配置され、該吐出口ノズルは、吐出口チャネルを含み、該吐出口チャネルは、該所定の速度を所定のより低い速度まで低減させ、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に該エンクロージャから該液体流動を誘導するようにテーパ付けされており、該取入口ノズルおよび該吐出口ノズルは、それらの間に中央チャネルを形成するように配置されており、該複数の翼板は、該中央チャネル内に配置されており、該中央チャネルは、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に垂直な平面において、該ハウジングの少なくとも一部分を環状的に囲繞するように形成されている、小型水力発電システム。
32. 前記取入口チャネルは、取入口スロット入口および取入口スロット出口を含む取入口スロットを含み、該取入口スロット入口の断面積は、該取入口スロット出口の断面積の少なくとも２倍の大きさである、請求項３１に記載の小型水力発電システム。
33. 前記吐出口チャネルは、吐出口スロット入口および吐出口スロット出口を含む吐出口スロットを含み、該吐出口スロット出口の断面積は、該吐出口スロット入口の断面積よりも大きく、かつ、該吐出口スロット入口の断面積の約８倍までの大きさである、請求項３１に記載の小型水力発電システム。
34. 前記取入口チャネルは、前記液体流動を方向付けることにより、前記複数の翼板に対して所定の角度で前記中央チャネルに進入させるように構成され、前記吐出口チャネルは、該中央チャネルから該液体流動を受容するように構成され、該中央チャネルは、該取入口チャネルと該吐出口チャネルとの間にある前記複数の翼板によって、該中央チャネルにおける所定の距離に該液体流動を誘導するように構成されている、請求項３１に記載の小型水力発電システム。
35. 小型水力発電システムであって、
    内部室を画定するエンクロージャと、
    取入口ノズルおよび吐出口ノズルであって、該エンクロージャに結合され、該内部室内で該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に形成された中央チャネルを画定する取入口ノズルおよび吐出口ノズルと、
    該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間の該中央チャネルにおいて該内部チャンバ内に配置された発電機であって、該発電機は、該中央チャネルにおいて該エンクロージャの中心軸線の回りを同軸的に回転することにより、電力を生成するように構成されている、発電機と
    を含み、
    該取入口ノズルは、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に流れる液体流動を受容するように構成されており、該取入口ノズルは、取入口チャネルを含み、該取入口チャネルは、該液体流動を所定の圧力および速度に調整し、かつ、該液体流動が、該中央チャネルにおいて該エンクロージャの該中央軸線の少なくとも一部分の回りで同軸的に流れるように、該液体流動を該中央チャネルに方向付けることにより、該発電機を回転させるように構成されており、該液体流動は、該回転する発電機と実質的に同じ方向および実質的に同じ速度で、該中央チャネル内を流れ、
    該吐出口ノズルは、吐出口チャネルを含み、該吐出口チャネルは、該中央チャネルからの液体流動を受容し、該所定の速度を所定のより低い速度まで低減させ、かつ、該エンクロージャからの該液体流動を誘導するように、テーパ付けされ、かつ、構成されている、小型水力発電システム。
36. 前記中央チャネルは、前記エンクロージャの前記中心軸線の少なくとも一部分を囲繞し、かつ、該中心軸線に実質的に垂直な平面内に存在するように形成されている、請求項３５に記載の小型水力発電システム。
37. 前記液体流動は、前記吐出口ノズルによって受容される前に所定の距離にわたって前記中央チャネル内を流れる、請求項３５に記載の小型水力発電システム。
38. 前記取入口ノズルにおいて受容された液体流動は、前記所定の速度未満の初期速度で流れ、前記所定のより低い速度は、該初期速度と実質的に等しい、請求項３５に記載の小型水力発電システム。
39. 前記取入口チャネルは、内側取入口壁および外側取入口壁を含み、該内側取入口壁および外側取入口壁は、該取入口チャネルが、前記液体流動が受容される場所において最も幅広になるようにテーパ付けされるように、所定の曲率半径を有するように形成され、
    前記吐出口チャネルは、内側吐出口壁および外側吐出口壁を含み、該内側吐出口壁および外側吐出口壁は、該吐出口チャネルが、前記液体流動が前記中央チャネルから受容される場所において最も狭窄になるようにテーパ付けされるように、所定の曲率半径を有するように形成される、請求項３５に記載の小型水力発電システム。
40. 前記取入口チャネルは、前記中央チャネルに向けて減少する断面積を有するスロットを形成する複数の壁を含む、請求項３５に記載の小型水力発電システム。
41. 前記取入口チャネルおよび前記吐出口チャネルは、前記エンクロージャの両側に配置されており、かつ、前記内側チャンバを形成するように該エンクロージャと関連して動作可能である、請求項３５に記載の小型水力発電システム。
42. 小型水力発電システムであって、
    内部室を画定するエンクロージャと、
    該内部室に配置され、かつ、該エンクロージャの中心軸線の回りを同軸的に回転するように構成されたハウジングと、該ハウジングに結合された永久磁石を含むロータと、該エンクロージャの該中心軸線から垂直に延在し、かつ、該ハウジングの一部分を形成するように配置された複数の翼板と、コイルを含む該ハウジングに近接して配置されたステーターとを有する発電機であって、該発電機は、該エンクロージャの中心軸線の回りを同軸的に回転することにより、該永久磁石の磁界によって該コイルに電流を誘起するように構成されている、ハウジングと、
    該エンクロージャに結合され、かつ、該エンクロージャの該中心軸線に実質的に平行に流れる液体流動を受容するように構成された取入口ノズルであって、該取入口ノズルは、該液体流動を所定の圧力および速度に調整し、かつ、該液体流動を該複数の翼板に対して所定の角度で方向付け、かつ、該所定の圧力および速度において、該エンクロージャの該中心軸線の回りの該発電機の同軸的な回転の方向に流れさせるように構成された取入口チャネルを含み、
    該エンクロージャに結合された吐出口ノズルであって、これにより、該ハウジングが該取入口ノズルと該吐出口ノズルとの間に配置され、該吐出口ノズルは、吐出口チャネルを含み、該吐出口チャネルは、該液体流動を受容し、該所定の速度を所定のより低い速度まで低減させつつ、該所定の圧力を所定のより高い圧力まで増加させ、かつ、該エンクロージャの中心軸線に実質的に平行に該エンクロージャからの該液体流動を誘導するように構成されており、該液体流動は、該複数の翼板によって、該取入口チャネルと該吐出口チャネルとの間で、該発電機の回転方向に所定の距離を流れる、小型水力発電システム。
43. 前記取入口ノズルは、該取入口ノズルの周囲に分布させられた複数の取入口チャネルを含み、前記吐出口ノズルは、該吐出口ノズルの周囲に分布させられた複数の吐出口チャネルを含む、請求項４２に記載の小型水力発電システム。
44. 前記吐出口ノズルの吐出口チャネルは、前記取入口ノズルの取入口チャネルからの液体流動が、該吐出口ノズルの吐出口チャネルのそれぞれによって受容されるまで、前記発電機の回転の方向に流れるように、該取入口ノズルの取入口チャネルに対して配置されている、請求項４３に記載の小型水力発電システム。
45. 前記ステーターは、非導電材料によってシールされている、請求項４２に記載の小型水力発電システム。
46. 前記取入口チャネルによって前記所定の圧力および速度に調整された前記液体流動は、前記発電機の回転速度に実質的に等しい速度で流れる、請求項４２に記載の小型水力発電システム。
47. 小型水力発電システムを用いる発電のための方法であって、
    内部室を画定するエンクロージャを提供することと、
    該エンクロージャに結合された取入口ノズルにおいて、該エンクロージャの中心軸線と実質的に平行に流れる液体流動を受容することと、
    該取入口ノズルによって該液体流動を所定の圧力および速度に調整することと、
    該取入口ノズルによって該液体流動を中央チャネルに方向付けることにより、該液体流動が該中央チャネル内で該エンクロージャの該中心軸線の周囲を流れるように、発電機を回転させ、該中央チャネルは、該エンクロージャ内に形成される、ことと、
    該液体流動を用いて、該エンクロージャの該中心軸線の回りで該発電機を同軸的に回転させることと、
    該回転する発電機によって電力を生成することと、
    該エンクロージャに結合された吐出口ノズルによって該中央チャネルからの該液体流動を受容することと、
    該エンクロージャからの液体流動を誘導することと
    を含む、方法。
48. 前記液体流動を用いて前記中央チャネルにおいて前記エンクロージャの中心軸線の回りで前記発電機を同軸的に回転させることは、該発電機の回転速度に実質的に等しい速度で該中央チャネル内に液体流動を流れさせることを含む、請求項４７に記載の方法。
49. 前記取入口ノズルによって前記液体流動を所定の圧力および速度に調整することは、該液体流動の圧力を減少させ、かつ、該液体流動の速度を増加させることを含む、請求項４７に記載の方法。
50. 前記取入口ノズルによって前記液体流動を前記中央チャネルに方向付けることは、該液体流動を前記内部室に誘導することを含む、請求項４７に記載の方法。
51. 前記液体流動を前記中央チャネルに方向付けることは、前記中心軸線に実質的に平行に流れることから、前記エンクロージャの該中心軸線の少なくとも一部分の周囲を流れることに、該液体流動の流れの方向を変化させることを含む、請求項４７に記載の方法。
52. 前記エンクロージャの中心軸線の周囲で前記発電機を同軸的に回転させることは、前記取入口ノズルと前記吐出口ノズルとの間で前記内部室内で該発電機を回転させることを含む、請求項４７に記載の方法。
53. 前記中心軸線の回りで前記発電機を同軸的に回転させることは、前記液体が前記回転する発電機によって前記中央チャネル内を流れている間に、前記液体流動から運動エネルギーを抽出することを含む、請求項４７に記載の方法。

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